机械设计基础 课件 第12章轴承

第12章

轴承轴承是用来支承轴的部件，根据其于轴颈摩擦的性质不同，分为滑动摩擦轴承(滑动轴承)和滚动摩擦轴承(滚动轴承)。12.1滑动轴承的主要类型、结构和材料滑动轴承可分为承受径向载荷的径向滑动轴承和承受轴向载荷的轴向滑动轴承。滑动轴承根据其摩擦状态的不同，又分为非液体摩擦滑动轴承和液体摩擦滑动轴承。第12章轴承12.1.1径向(向心)滑动轴承

1.整体式径向滑动轴承

轴承座轴承

特点

轴承结构简单，但当滑动表面磨损后，间隙无法调整，而且在装拆轴时必须作轴向移动，有时很不方便，因此多用于低速、轻载和间歇工作且不甚重要的场合，如绞车、手动起重机械等。

2.对开式径向滑动轴承螺柱整体式轴瓦

特点

拆装方便，易于调整间隙，适用广泛，但结构较复杂，制造费用较高。轴承盖轴承座

3.自动调心径向滑动轴承

当轴颈较长(长径比B/d1.5~1.75)，轴的刚度较小或由于安装误差等原因造成轴的弯曲变形较大时，都会形成轴承两段的局部接触，造成轴瓦局部磨损严重。

特点当轴变形时，轴瓦可以自动调整位置，从而保证轴颈和轴瓦均匀接触。12.1.2止推滑动轴承

特点

主要承受轴向载荷，还可以承受部分径向载荷。进油止推轴瓦销钉衬套出油向心轴瓦轴承座

止推滑动轴承除了以轴的端面为工作面外，还可以将止推轴颈做成单环形和多环形。多环轴颈可以承受较大的双面载荷。单环止推轴承多环止推轴承12.1.3轴瓦

轴瓦是轴承中直接与轴颈接触的部分。轴瓦的结构和选材直接影响轴承的工作能力和使用寿命。整体式轴瓦12.1.3轴瓦

轴瓦是轴承中直接与轴颈接触的部分。轴瓦的结构和选材直接影响轴承的工作能力和使用寿命。剖分式轴瓦油孔油沟剖分式轴瓦油孔油沟

轴瓦可用单一的减摩材料制成。为了节约贵重金属材料(如轴承合金)及提高轴承的工作能力，通常将轴瓦制成双金属。在强度较高价格较廉的轴瓦(如钢、铸铁和青铜)内表面通常浇注一层减摩性更好的合金材料，通常称为轴承衬，其厚度在0.5~6mm范围内。轴承衬

为了使润滑油能较均匀地分布在整个工作表面上，一般在不承受载荷的轴瓦表面开出油沟和油孔，油沟沿轴向应有足够的长度，通常为轴瓦宽度的80%左右，但不能开通，以免油从轴瓦两端流失。油沟12.1.4轴承材料轴瓦是轴承中直接和轴颈接触的零件，是滑动轴承的主要组成部分，其材料选取是否适当，对滑动轴承的性能有很大影响。

滑动轴承的主要失效形式是磨损和胶合，还可能出现压溃、疲劳剥伤和腐蚀等，因此轴承材料应具有摩擦系数小，耐磨，抗胶合能力好，导热性好，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，具有足够机械的强度和塑性，还应有良好的工艺性以及价格便宜。⑴轴承合金

主要是锡、铅、锑、铜的合金，又称巴氏合金。轴承合金可以分为锡基和铅基两大类，即分别以锡或铅为软基体，其中夹杂着锑锡和铜锡等硬合金颗粒。它的减摩性、耐磨性、嵌入性和跑合性都很好，抗胶合能力强，是良好的轴承材料，多用于重载和高速的场合。但由于它的强度低，价格贵，因此不能单独做轴瓦，使用时需浇铸在铜合金、低碳钢或铸铁等基体上作为轴承衬使用。

⑵青铜

青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250C。但其嵌入性、磨合性不如轴承合金。可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。青铜广泛用于中低速重载轴承。

⑶铸铁

铸铁中石墨可起润滑作用，因此可作轴承材料。但铸铁硬度高，脆性大，磨合性差，只适用于轻载、低速和不受冲击的场合。⑷其他材料

粉末冶金材料、陶瓷、橡胶、工程塑料等都可以做轴承材料。粉末冶金材料是将粉末经压制、烧结而成的多孔结构材料，使用前先在热油中浸数小时，使孔隙中贮存油滑油，称为含油轴承。主要用于加油不方便及较低速度且无冲击载荷的场合。工程塑料是应用广泛的非金属轴承材料，如尼龙、聚四氟乙烯、酚醛塑料等。塑料轴承可用油或水润滑，摩擦系数低，塑性和磨合性好，但导热性差，膨胀系数大，易变形。12.2非液体摩擦滑动轴承的计算

非液体摩擦滑动轴承的设计计算，一般是从限制轴承压强p及其与轴颈圆周速度v的乘积pv来进行条件性计算。径向滑动轴承的设计计算

设计时，一般已知轴颈直径d，转速n和轴承承受的径向载荷和使用要求，然后按下述步骤进行：

⑴轴承材料的选择

⑵确定轴承的宽度B

一般按宽径比B/d及d来确定B。通常取B/d

0.5~1.5。重载轴承取小值，轻载轴承取大值。⑶校核平均压强p

为了使轴承不发生过度磨损，应限制轴承的平均压强。BdFR径向滑动轴承的计算

⑷

校核pv值

对于滑动轴承，为了保证工作时不致过度发热产生胶合，应限制单位面积上摩擦功率fpv(f为材料的滑动摩擦因数)。在稳定的工作条件下，f可近似地视为常数。因此，

⑸

轴颈与轴瓦的配合选择常用配合BdFR径向滑动轴承的计算、、、、。12.4滚动轴承的类型和选择

滚动轴承具有摩擦阻力小、起动快、效率高、不易磨损的优点，因而在各种机械中得到广泛应用。滚动轴承已经标准化，由专门的工厂大量生产，在一般机械设计中，主要根据具体工作条件正确地选择轴承的类型和尺寸，并进行轴承组合设计。12.4.1滚动轴承的类型组成外圈内圈滚动体保持架滚动体形状

球滚针圆柱滚子圆锥滚子非对称球面滚子球面滚子

滚动轴承中内、外圈与滚动体接触处的法线和垂直于轴承轴心线的平面间的夹角

称为公称接触角。滚动轴承可按公称接触角分类。

轴向接触轴承

90

向心角接触轴承0

45径向接触轴承

0

1.向心轴承

主要用于承受径向载荷，公称接触角0

45。

⑴径向接触轴承

0的向心轴承深沟球轴承圆柱滚子轴承

⑵向心角接触轴承

0

45

角接触球轴承

圆锥滚子轴承

2.推力轴承

主要用于承受轴向载荷，公称接触角45

90。

⑴轴向接触轴承

90推力圆柱滚子轴承推力球轴承单向双向

⑵推力角接触轴承

45

90推力角接触球轴承

推力调心滚子轴承

根据滚动体的形状，滚动轴承可以分为球轴承和滚子轴承。滚子轴承又可分为圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承等。根据轴承工作时能否自动调心又可分为钢性轴承和调心轴承。调心球轴承调心滚子轴承θ12.4.2滚动轴承的代号滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸、公差等级和技术要求，为便于组织生产和选用，国家标准GB/T2721993规定了滚动轴承的代号。滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号三部分构成。宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号

基本代号

后置代号(

)类型代号尺寸系列代号注：

代表字母；

代表数字

或加成套轴承分部件代号内径代号

轴承的结构、特殊材料、公差等级等1.基本代号

基本代号由类型代号、尺寸系列代号和内径代号从左向右依次排列构成。类型代号由数字和字母表示(表12

2)，代号为“0”(双列角接触球轴承)则省略。调心滚子轴承20000C圆锥滚子轴承30000推力球轴承50000a)单向b)双向深沟球轴承60000角接触球轴承70000推力圆柱滚子轴承80000圆柱滚子轴承N0000滚针轴承a)NA0000b)RNA0000调心球轴承10000滚动轴承的内径代号

内径代号轴承内径尺寸

mm001001020304~99数字

5121517宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号

基本代号

后置代号(

)类型代号尺寸系列代号注：

代表字母；

代表数字

或加成套轴承分部件代号内径代号

轴承的结构、特殊材料、公差等级等滚动轴承宽度(高度)系列、直径系列代号

轴承类型向心轴承8,0,1,2,3,4,5,6宽度(高度)系列代号直径系列代号7,8,9,0,1,2,3,4推力轴承7,9,1,20,1,2,3,4宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号

基本代号

后置代号(

)类型代号尺寸系列代号注：

代表字母；

代表数字

或加成套轴承分部件代号内径代号

轴承的结构、特殊材料、公差等级等

2.前置、后置代号

前置代号用字母表示轴承的分部件，对于一套完整的轴承，无此代号。宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号

基本代号

后置代号(

)类型代号尺寸系列代号注：

代表字母；

代表数字

或加成套轴承分部件代号内径代号

轴承的结构、特殊材料、公差等级等内部结构滚动轴承后置代号排列顺序后置代号组含义1密封与防尘套圈变形238保持架及材料游隙轴承材料公差等级配置其它7456宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号

基本代号

后置代号(

)类型代号尺寸系列代号注：

代表字母；

代表数字

或加成套轴承分部件代号内径代号

轴承的结构、特殊材料、公差等级等61030宽度系列变化直径系列变化801234567----17--37------8--081828384858689--091929394959690--001020304050601--011121314151612820212223242526238303132333------4--04--24--------5----------------宽度系列代号直径系列代号

两个常用的后置代号内部结构代号用字母表示轴承内部结构的改变。例如，角接触球轴承的公称接触角

有15

、25和40三种，分别用C、AC、和B在基本代号后表示。

轴承的公差等级代号用/P0、/P6、/P6X、/P5、/P4、/P2表示，分别代表标准规定的0、6、6X、5、4、2共六个级别的公差等级，精度依次递增。0级为普通级，在后置代号中不标出。代号示例

6210/P4—内径为50mm，尺寸系列为02，公差等级为4级的深沟球轴承。

7311C/P5—内径为55mm，尺寸系列为03，公称接触角

15，公差等级为5级的角接触轴承。12.5滚动轴承尺寸选择计算

滚动轴承尺寸选择计算，就是根据载荷的大小、方向、性质以及对其使用寿命的要求等条件，通过计算，选出尺寸(型号)合适的轴承，计算依据是轴承在预期工作时间内可能产生的失效形式。

滚动轴承的常见失效形式

点蚀断裂磨损胶合

套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式，通常作为滚动轴承寿命计算的依据。Fr径向载荷的分布Fmaxδ02051015501000R(%)轴承的寿命曲线L/(1×10-6r)12.5.1轴承寿命及计算定义：轴承在一定转速下，其中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数或转数可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比基本额定寿命：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，其可靠度R为90%时，能达到或超过的寿命L(Lh)基本额定动载荷：当一套轴承运转达到一百万转时，轴承所能承受的载荷C。（＜120℃）向心轴承记为：Cr，推力轴承记为：Ca轴承寿命

滚动轴承的基本额定寿命L(转)与轴承当量动载荷、基本额定动载荷之间的关系为

滚动轴承的基本额定寿命也可以用工作小时数(Lh)计算P为当量动载荷。

为寿命指数，球轴承

3；

10/3。当轴承的当量动载荷P、转速n已知，给定了轴承的预期寿命Lh

，则滚动轴承所需的基本额定动载荷C

为

可以根据计算所得的C

，从相关手册中选取相应的轴承，使所选轴承的C>C

。或或温度系数ft工作温度/℃≤120125150175200225250ft1.000.950.900.850.800.750.70载荷性质fp举例无冲击或轻微冲击1.0~1.2电动机、汽轮机、通风机及水泵等中等冲击和振动1.2~1.8车辆、机床、传动装置、起重机、内燃机、冶金设备强大冲击和振动1.8~3.0破碎机、轧钢机、石油钻机及工程机械等载荷系数fp当量动载荷式中，FR表示轴承径向载荷，FA代表轴承轴向载荷，X为径向系数，Y为轴向系数。12.4滚动轴承静载荷计算

对处于静止、缓慢摆动和低速转动工作状态的轴承，其主要失效形式是滚动体与内、外圈在接触处产生较大的塑性变形。对于这种工作状态下的轴承，一般按静载荷选择轴承尺寸。对于转动的轴承，如作用在轴承上的载荷变化较大，特别是冲击载荷较大时，也应进行静载荷计算。C0

S0P0

基本额定静载荷C0是指受载最大的滚动体和滚道接触中心处的接触应力达到一定值的载荷。对于向心轴承为径向基本额定静载荷C0r，对于推力轴承为轴向基本额定静载荷C0a。

轴承的当量静载荷P0为P0

X0FR

Y0FA

X0、Y0分别为径向和轴向静载荷系数12.6滚动轴承的组合设计

为保证滚动轴承正常工作，除了合理选择轴承的类型和尺寸外，还应正确地进行轴承的组合设计，即必须合理地解决轴承的固定和配合、提高轴承系统的刚度、轴承的润滑及密封等问题。12.6.1轴承的固定和调整为了保证轴和轴上零件有正确的工作位置，并能承受相应的轴向载荷，必须固定轴承的轴向位置，同时还要考虑轴因受热伸长后，不至于卡住滚动体而影响轴的运转。

1.常见轴的支承结构形式

⑴两端单向固定垫片a轴承间隙的调整

压盖螺母螺钉⑵一端固定、一端游动

⑵一端固定、一端游动

2.滚动轴承的轴向固定

轴承内圈的固定

采用轴肩单向固定采用轴肩和弹性挡圈双向固定2.滚动轴承的轴向固定

轴承内圈的固定

采用轴肩和挡圈固定采用轴肩和轴端螺母固定

2.滚动轴承的轴向固定

轴承外圈的固定

采用端盖单向固定采用端盖和凸肩双向固定采用弹性挡圈和凸肩双向固定固定3.轴向位置的调整

轴承组合位置调整的目的，是为了使轴上的零件(如齿轮、带轮等)有准确的工作位置。通常可采用垫片进行调整。锥顶点不重合轴向位置的调整锥顶点重合12.6.2保证支承的刚度和同轴度

轴和安装支承的轴承座或机座必须要有足够的刚度，否则会造成零件的变形使滚动体运动受阻，影响旋转精度，并且容易损坏轴承。因此轴承座应有足够的壁厚，或采用加强筋以增加刚度。加强筋加强筋

同一轴上各轴承座孔必须保证要求的同轴度，否则轴安装后会产生较大变形，从而影响轴承运转效果。为了保证同轴度，应尽可能将两支点处的轴承孔一次镗好，因此，两支点处的轴承外径必须一样大。如果两支点处的轴承外径不等，可以采用轴承套筒进行补偿，使两轴承孔一样大。如果同轴度不能保证时，应采用调心轴承。12.6.3滚动轴承的配合与装拆

1.滚动轴承的配合

滚动轴承的配合是指内圈与轴颈以及外圈与轴承座孔的配合。轴承配合的选择一般是根据轴承的类型、尺寸、载荷、内、外圈(总称套圈)是否转动来确定。由于滚动轴承是标准件，为了便于互换及大量生产，轴承内圈孔与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔(或轴承座)孔的配合则采用基轴制。

转动套圈应比固定套圈的配合紧一些。一般情况下是内圈随轴一起转动，外圈固定不转，故内圈与轴常取有过盈的过渡配合，如轴的公差采用k6、m6、n6；外圈与座孔常取较松的过渡配合，如座孔的公差采用H7、J7或Js7。当轴承为游动支承时，外圈与座孔应取保证有间隙的配合，如座孔公差采用G7。2.滚动轴承的装拆

设计轴承组合时，应考虑轴承的安装和拆卸，以免在装拆过程中损坏轴承和其它零件。轴承内圈与轴的配合较紧，可采用压力机在内圈上施加压力将轴承压套到轴上。对于大尺寸轴承，装配较为困难，可将轴承放在80~120C的油中加热后进行热装。

拆卸轴承时一般