西北工业大学,机械设计基础,李育锡Ch11a

1、第十一章 支承11-1 概述11-2 滑动轴承的结构和材料11-3 非液体摩擦滑动轴承的设计计算11-4 液体摩擦滑动轴承简介11-5 滚动轴承的结构、类型和代号11-6 滚动轴承的选择11-7 滚动轴承组合设计11-8 轴承的润滑和润滑装置11-9 导轨11-1 概述 支承是用来支持运动部件，使之按预定的方向运动，并将运动部件上的载荷传至机架。支承通常可分为两大类：一类为轴承，用以支承旋转轴；另一类为导轨，用以支承移动部件。 支承按其接触表面摩擦性质的不同，又可分为滑动摩擦支承和滚动摩擦支承，因而有滑动轴承和滚动轴承、滑动导轨和滚动导轨之分。 就轴承而言，按其所能承受载荷方向的不同，分为向心

2、轴承（承受径向载荷）、推力轴承（承受轴向载荷）和向心推力轴承（同时承受径向载荷和轴向载荷）11-1 概述干摩擦状态 边界摩擦状态 液体摩擦状态 混合摩擦状态 滑动摩擦表面之间可以处于各种不同的摩擦状态，其大致分为如下四种： 液体（流体）摩擦的两种形成方法：流体动压润滑和流体静压润滑。 滑动轴承根据摩擦副表面的摩擦状态分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承，液体摩擦滑动轴承又根据油膜形成的原理分为动压滑动轴承和静压滑动轴承。11-2 滑动轴承的结构和材料一、滑动轴承的结构一、滑动轴承的结构1.径向滑动轴承的结构整体式径向滑动轴承剖分式径向滑动轴承高速、重载、需要剖分等场合下经常用到滑动轴承。1

3、1-2 滑动轴承的结构和材料调心式滑动轴承（1、3是轴承盖和轴承座，2是轴瓦）2.止推滑动轴承的结构止推滑动轴承的结构（3是止推轴瓦，4是径向轴瓦）11-2 滑动轴承的结构和材料二、轴瓦和轴承衬材料二、轴瓦和轴承衬材料表表11-1 常用轴瓦材料的性能常用轴瓦材料的性能材料牌 号pMPavm/spvMPam/s轴颈最小硬度HBS最高工作温度/C应用场合锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6ZSnSb8Cu4平稳载荷258020150 150用于高速重载的重要轴承，变载荷下易疲劳，价高冲击载荷206015铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2151210150 150用于中速、中载轴承，不宜受显著的冲

4、击载荷ZPbSb15Sn10201515铸锡青铜ZCuSn5Pb5Zn58315200280用于中速、中载条件下铸铝青铜ZCuAl10Fe315412200280用于润滑充分的低速重载轴承灰铸铁HT15040.5用于低速、轻载、不重要的轴承HT20021HT2501211-3 非液体摩擦滑动轴承的设计计算 非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式为磨损和胶合。因此其设计准则，就是要防止轴承在预期的工作寿命内发生过度的磨损和胶合破坏。 磨损和胶合过程相当复杂，影响因素又很多，目前只能作条件性验算，其设计过程为：首先根据轴承的工作情况确定轴承类型、材料和尺寸，再对其性能作条件性验算。 1.确定轴承类型、结

5、构及轴瓦材料 根据轴承工作条件和要求、载荷的大小和性质，确定轴承的类型和结构，选取轴瓦材料。 2.选取轴承的宽径比一般情况下宽径比5150.dB，宽径比不宜过大或过小。 11-3 非液体摩擦滑动轴承的设计计算3. 验算轴承的工作能力p1）验算轴承的压强 为防止轴瓦的过度磨损，就应控制其单位面积的压力，即 pBdFp 2）验算轴承的pv值 为防止轴承工作时产生过多的热量而导致摩擦面的胶合破坏，就应控制单位时间内单位面积的摩擦功耗fpv，因摩擦因数f可近似认为是常数，所以只需控制pv，即 60 100019100FndFnpvpvBdB11-3 非液体摩擦滑动轴承的设计计算 3）验算轴承的滑动速度

6、v 当载荷比较小时，p 和pv 值的验算均合格的轴承，由于滑动速度过高，也会发生因磨损过快而报废，故还应保证 vv 4.确定轴承与轴颈间的配合表表11-2 滑动轴承配合滑动轴承配合精度等级配合代号应用场合7H7/g6磨床和车床分度头主轴承7H7/f6铣床、钻床及车床的轴承，发动机曲轴和连杆的轴承、减速器的轴承9H9/f9电动机、离心泵、风扇轴承，内燃机主轴承和连杆轴承7H7/e8汽轮发电机轴、内燃机凸轮轴、高速转轴、刀架丝杆等轴承11H11/b11, H11/d11农业机械轴承11-4 液体摩擦滑动轴承简介 一、液体动压轴承 液体动压轴承是利用轴颈和轴瓦的相对运动将润滑油带入楔形间隙形成动压油

7、膜，靠液体的动压平衡外载荷。 1) 轴颈与轴瓦两工作表面间必须有一个收敛的楔形间隙。 2) 轴颈与轴瓦两工作表面间必须要有一定的相对速度 3) 供油要充分，且润滑油要有适当的粘度。形成动压油膜需要具备的条件：11-4 液体摩擦滑动轴承简介 液体静压轴承是用油泵把高压油送到轴承间隙里，强制形成油膜，靠液体的静压平衡外载荷。 优点：可在转速极低条件下获得液体摩擦；提高油压就可提高承载能力，因而在重载条件下也可获得液体摩擦；摩擦力矩很小，起动力矩小，效率高等。 缺点：是需要一套专用的复杂的供油系统，设备费用高，维护管理麻烦。因此只有在液体动压轴承难于完成任务时才采用液体静压轴承。 二、液体静压轴承1

8、1-5 滚动轴承的结构、类型和代号一、滚动轴承的结构一、滚动轴承的结构 与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦阻力小，功耗小，易启动。滚动轴承多为标准件，应用很广泛，故由专业工厂大量生产。 滚动轴承的设计，主要是根据轴承使用条件选择轴承类型和型号，并进行轴承组合设计。 滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成。滚动轴承由外圈2内圈1滚动体3保持架4组成 。11-5 滚动轴承的结构、类型和代号11-5 滚动轴承的结构、类型和代号二、滚动轴承的主要类型及性能二、滚动轴承的主要类型及性能 在滚动轴承的国家标准中，将滚动轴承分为13种基本类型，表11-3中列出了其中常见的8种。 三、滚动轴承代号三、

9、滚动轴承代号表表11-4 滚动轴承代号的构成滚动轴承代号的构成前置代号基本代号后置代号成套轴承分部件代号内部结构、公差等级及材料等类型代号尺寸系列代号内径代号宽度系列代号直径系列代号 滚动轴承类型较多，每一类型又有不同的结构、尺寸和公差等级，为便于组织生产和选用，有必要对其用统一代号来表示。国家标准GB/T272-1993规定了轴承代号的表示方法。11-5 滚动轴承的结构、类型和代号11-5 滚动轴承的结构、类型和代号1.基本代号 1）内径代号 用基本代号右起第一、二位数字表示。以内径d 除以5的商数为内径代号；对于轴承内径为10mm、12mm、15mm、17mm的轴承，分别用00、01、02

10、、03作为内径代号。 2）直径系列代号 轴承的直径系列用基本代号右起第三位数字表示。如0系列，1系列，2系列，3系列等。直径系列代号与下面的宽度系列代号统归为尺寸系列代号。11-5 滚动轴承的结构、类型和代号 3）宽度系列代号 轴承的宽度系列用基本代号右起第四位数字表示。如0系列，1系列，2系列，3系列等，当宽度系列为0系列时，在轴承代号中通常省略。 4）类型代号 用基本代号右起第五位的数字或字母表示，见表11-3。11-5 滚动轴承的结构、类型和代号2. 前置代号和后置代号 轴承的前置代号用于表示轴承的分部件，用字母表示。 轴承的后置代号用字母和数字表示轴承的结构、公差等级及材料等的特殊要求

11、，内容较多。 公差等级代号用以表示轴承制造的精度等级，分为0级、6x级、6级、5级、4级和2级，共6个级别，分别用/P0、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2表示，精度按以上次序由低到高，0级在轴承代号中省略不标出。11-6 滚动轴承的选择一、滚动轴承的类型选择一、滚动轴承的类型选择类型选择主要考虑轴承承受的载荷、轴承的转速、轴承的调心性能等因素。 滚动轴承的选择，首先是类型选择，然后再确定轴承尺寸。1 轴承承受的载荷 轴承的类型选择主要决定于载荷大小、方向和性质。2 轴承的转速 轴承的类型选择需要考虑轴承转速的限制影响。3 轴承的调心性能 类型的选择还需要考虑轴承装拆、调整和游隙控制等因

12、素。11-6 滚动轴承的选择二、滚动轴承尺寸的选择二、滚动轴承尺寸的选择1.滚动轴承的失效形式、基本额定寿命及基本额定动载荷 滚动轴承因工作条件不同而有不同的失效形式，失效形式也有多种。滚动轴承的主要失效形式是疲劳点蚀，轴承点蚀破坏后，轴承会发生振动、噪声、发热和旋转精度下降等问题。 滚动轴承的寿命是指出现疲劳点蚀前转过的总转数，或在一定转速下总的工作小时数。但工程中为保证轴承工作可靠，国家标准中规定以基本额定寿命为计算依据。 轴承的基本额定寿命是指一批轴承，在同样工作条件下，其中10%的轴承产生疲劳点蚀，而90%的轴承不产生疲劳点蚀时转过的总转数，以L10表示。 11-6 滚动轴承的选择 滚

13、动轴承的额定寿命与轴承承受的载荷大小有关，为了表达各种型号轴承的承载特性，规定轴承基本额定寿命L10为106r（转）时，轴承所能承受的最大载荷称为轴承的基本额定动载荷，用字母C 表示。不同型号轴承有不同的C值，表达了不同型号轴承的承载特性。轴承的基本额定动载荷是通过试验获得的。 2.轴承的寿命计算 滚动轴承寿命计算的两个命题：1） 轴承承受的载荷为P时，计算轴承的基本额定寿命；2) 在载荷P作用下，要求轴承预期寿命为Lh，计算轴承的基本额定动载荷C。11-6 滚动轴承的选择轴承的基本额定寿命与载荷之间满足如下关系 PCL10式中，L10的单位为106r；C和P的单位为N。 若轴承转速为n(r/

14、min)，以小时数(h)表示的轴承寿命公式为PCnL60106h 当有必要时，引入了温度系数和载荷系数，轴承寿命计算公式为 PfCfnLPt6h601011-6 滚动轴承的选择若载荷P 和转速n 已知，并取轴承的预期寿命为hL应具有的基本额定动载荷C 为，则所选轴承LnfPfC16htP106011-6 滚动轴承的选择表表11-6 载荷系数载荷系数PfPf载荷性质应用举例无冲击或轻微冲击1.01.2电动机、通风机、水泵等中等冲击1.21.8车辆、减速器、起重机、造纸机、机床等强烈冲击1.83.0破碎机、轧钢机、钻探机、振动筛等工作温度120C1251501752002252503003501.

15、000.950.900.850.800.750.700.600.50tf表表11-5 温度系数温度系数tf11-6 滚动轴承的选择3.当量动载荷当量动载荷P 可用下式计算arYFXFP 轴承额定动载荷是在规定的实验条件下获得的，实际工程中的轴承载荷与其有区别，故需将实际轴承载荷换算成与C试验条件一致情况下的等效载荷，称为当量动载荷P。式中，Fr为轴承承受的径向载荷；Fa轴承承受的轴向载荷；X为径向载荷系数；Y为轴向载荷系数；X、Y值可查表11-7.11-6 滚动轴承的选择4角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷Fa的计算11-6 滚动轴承的选择 角接触球轴承和圆锥滚子轴承在结构上有接触角，因此轴承

16、承受着径向方向和轴向方向上的载荷。即使在只有径向力Fr作用时，各滚动体也会产生轴向分力，如图所示。各滚动体所受轴向分力之和即为轴承的派生轴向力Fs，可以按照表11-8中的公式计算。表表11-8 角接触轴承派生轴向力角接触轴承派生轴向力F Fs s轴承类型角接触球轴承圆锥滚子轴承=15=25=40 FseFr0.68Fr1.14Fr)2/(rYF11-6 滚动轴承的选择 为了使角接触轴承的派生轴向力得到平衡，以免轴串动，角接触轴承都是成对使用、对称安装的。有两种安装方式：11-6 滚动轴承的选择当s1s2A FFF时： s2A1a+F= FFs22a= FF当s1s2A FFF时： s11a=

17、FFAs12aF= FF 轴承轴向载荷Fa的计算，应当将由径向载荷Fr产生的派生轴向力Fs和轴上作用的轴向载荷一并加以考虑。 11-6 滚动轴承的选择5滚动轴承的静载荷 在实际应用中，有一些滚动轴承是应用在基本不旋转，或慢慢摆动，或转速极低的情况下的。在这种情况下，滚动轴承的失效形式为轴承元件产生过大的塑性变形。 使受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值的载荷作为轴承的基本额定静载荷，用C0表示。 按轴承静承载能力选择轴承的公式为000PSC S S0为轴承静强度安全系数，P0为轴承的当量静载荷11-7 滚动轴承组合设计 为了保证轴承能正常工作，除要正确选择轴承类型和尺寸外，

18、还需要进行轴承组合设计。 轴承组合设计处理轴承的配置、紧固、调整、装拆、润滑和密封等问题。轴承的组合设计与轴承外围零部件、使用要求和现场条件等有关。 下面讨论轴承组合设计中的几个关键问题。11-7 滚动轴承组合设计一、滚动轴承的轴向紧固一、滚动轴承的轴向紧固 （a）单向固定支点 （b）双向固定支点 （c） 双向固定支点 （d） 游动支点 轴承内圈轴向紧固是为了确定轴承内圈在轴上的位置。 轴承外圈轴向紧固是为了确定轴承外圈在机架上的位置。 通过固定轴承套圈使得轴移动受到单向限制的支点称为单向固定支点；轴移动受到双向限制的支点称为双向固定支点；轴移动不受限制的支点称为游动支点。11-7 滚动轴承组

19、合设计二、滚动轴承的组合设计二、滚动轴承的组合设计滚动轴承的典型组合支承方式可以分为三类。1双支点各单向固定：轴两端轴承均为单向固定支点。2一支点双向固定，另一支点游动：轴的一端轴承为双向固定支点，另一端轴承为游动支点。3双支点游动：轴两端轴承均为游动支点。 轴承组合设计要保证轴和轴上零件具有正确可靠的工作位置，防止轴向串动，同时要保证轴承不会卡死。11-7 滚动轴承组合设计1双支点各单向固定双支点各单向固定只适用于热伸长量不大的短轴 单向固定支点 单向固定支点 单向固定支点 单向固定支点11-7 滚动轴承组合设计2一支点双向固定，另一支点游动这种支承方式适用于支点跨距较大或工作温度较高的轴。

20、 双向固定支点 游动支点 游动支点 3双支点游动 其左、右两端均为游动支点，此种支承方式一般只用在人字齿轮传动这种特定的情况下。11-7 滚动轴承组合设计三、滚动轴承的配合三、滚动轴承的配合 滚动轴承在机器中依靠配合来保证其相对位置和旋转精度。 滚动轴承是标准件，轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。 四、滚动轴承的装拆和调整四、滚动轴承的装拆和调整图1118 轴承的装拆 图1119 拆卸高度和拆卸螺孔11-7 滚动轴承组合设计 轴承安装后，需进行仔细调整。一方面是为了保证轴承中的正常游隙，另一方面是为了调整轴上的传动零件能处于正确的啮合位置。 11-7 滚动轴承组

21、合设计 五、滚动轴承的密封五、滚动轴承的密封 （a）毡圈密封 （b）唇形密封圈密封 （c） 油沟密封 （d）迷宫密封 轴承的密封是为了防止外部灰尘、水分和其它杂质进入轴承，同时阻止轴承内部的润滑剂流失。 轴承密封方法：接触式密封、非接触式密封和组合密封。118 轴承的润滑和润滑装置 一、润滑剂的种类一、润滑剂的种类 轴承常用的润滑剂分为气体润滑剂、液体润滑剂、半固体润滑剂和固体润滑剂等。 二、润滑剂的选择二、润滑剂的选择 滑动轴承润滑剂的选择：润滑油主要按粘度进行选择。 滚动轴承润滑剂的选择：根据DN值进行选择，采用润滑脂时还需要注意其填充量。118 轴承的润滑和润滑装置三、润滑方法和装置三、润滑方法和装置 油环