机械设计基础（第5版）课件：轴承

轴承第一节滑动轴承概述一.滑动轴承的组成

滑动轴承1－轴承座2－下轴瓦3－上轴瓦4－轴承盖5－润滑装置

二.摩擦状态1.干摩擦

在相对运动表面间没有任何润滑剂存在，相对运动表面直接接触所产生的摩擦，称为干摩擦。

实际上没有理想的干摩擦，金属表面的氧化膜、空气吸附层都会减小摩擦力。

通常将在摩擦表面间没有专门引入润滑剂时所发生的摩擦称为干摩擦。

干摩擦使接触表面产生严重磨损，损耗功率。使滑动轴承强烈升温，以至烧瓦，滑动轴承不允许出现干摩擦状态。2.边界摩擦

在摩擦表面间存在润滑油，由于润滑油与金属表面间的物理、化学作用，在金属表面形成一层极薄的吸附膜，即边界油膜。将摩擦表面隔开，可承受很高的比压，这种摩擦状态称为边界摩擦。

纯粹的边界摩擦只有在理想的光整平面间才能发生，实际在滑动过程中，表面微观凸峰相遇会划破油膜，形成局部金属直接接触。

边界摩擦状态可减小摩擦和磨损，但不能完全消除摩擦磨损。3.液体摩擦

摩擦表面间有充足的润滑油，形成足够厚度的油膜，完全消除了摩擦表面间的直接接触，摩擦只发生在润滑液体分子间，此种摩擦状态称为液体摩擦。液体摩擦状态只有满足一定条件才能实现。4.混合摩擦

界于边界摩擦和液体摩擦之间的摩擦状态称为混合摩擦，或称为非液体摩擦。

一般机器中的滑动摩擦至少应维持混合摩擦状态，对重要的机器设备应实现液体摩擦状态，不允许出现干摩擦状态。三.滑动轴承的类型1.按承受载荷的方向分

a)径向轴承：只承受径向载荷。b)止推轴承：只承受轴向载荷。

2.按轴承工作时的润滑状态分

a)非液体摩擦滑动轴承（边界摩擦、混合摩擦）

b)液体摩擦滑动轴承（液体摩擦）液体动压润滑轴承—动压轴承

液体静压润滑轴承—静压轴承四.滑动轴承的应用

滑动轴承除液体摩擦轴承外，一般摩擦损耗大，而且设计、维护比较复杂，所以在很多场合被滚动轴承代替。但在某些工作条件下，滑动轴承具有显著的优越性，往往滚动轴承不能替代。1.特高转速的轴承（滚动轴承受极限转速限制）如：汽轮机、燃汽轮机中的轴承。2.高精度的轴承

滑动轴承的元件少，可获得更高的制造精度。如：精密机床的主轴轴承。

3.大型及重载轴承

大尺寸滚动轴承制造困难，成本高、承受重载时易产生静载破坏。

如：大型发电机的轴承。4.承受冲击和振动载荷的轴承

滑动轴承的承压面大，油膜具有缓冲和吸振作用。如：搅拌机、破碎机中的轴承。

5.剖分式轴承

如：发动机的曲轴轴承。

6.空间尺寸受到限制，需采用小直径轴承

如；曲柄销、万向联轴器中的轴承。

7.特殊工作条件下的轴承

在水、蒸汽、腐蚀性介质中工作的轴承，如：轮船螺旋桨的轴承。

总之，滑动轴承主要应用在高速、重载、高精度、及特殊工作环境中。此外，由于滑动轴承结构简单，也常用在低速及不重要的辅助机构中。如：手动绞肉机等。第二节滑动轴承的典型结构1.整体式径向滑动轴承a）轴承座：整体有衬正滑动轴承座。JB/T2560—1991b）轴套：由减磨材料制造，通常用螺钉与轴承座固定，用油杯供油。

一.径向滑动轴承的结构1)组成整体式径向滑动轴承（整体轴瓦式)

1－轴承座2－轴套3－紧定螺钉2)特点及应用a）结构简单、成本低廉。b）装拆时需作轴向移动，装拆不便。c）轴颈与轴瓦间的间隙无法调整，轴瓦磨损后只能更换。

该种轴承多用于低速、轻载及间歇工作的机器中。如：农业机械、手动机械等。2.剖分式径向滑动轴承

1)组成

a）轴承座

b）轴承盖c）上轴瓦e）连接螺栓

2)结构特点

a）轴承盖和轴承座的剖分面制成阶梯形榫口，以便轴承对中和防止横向错动。

b）由于工作时只有下轴瓦受载，所以油孔或油槽开在上轴瓦上。d）下轴瓦f）轴瓦固定套剖分式径向滑动轴承（剖分轴瓦式)1－轴承座

2－轴承盖3－上轴瓦4－下轴瓦5－连接螺栓6－轴瓦固定套

c）剖分面应与载荷垂直或近似垂直。当载荷垂直或略有偏斜时，剖分面应呈水平布置；当外载有较大偏斜时，一般呈45o倾斜布置,以适应载荷作用线超出轴承垂直中心线左、右各35o的情况。

这种轴承所用的轴承座称作二螺柱正滑动轴承座。JB/T2561—1991斜开径向轴承

3.调心式滑动轴承

对于轴承长度较大(B/d>1.5)或多支点长轴，由于轴的变形或轴承孔的同心度低，会使轴瓦边缘产生严重磨损。此时多采用调心轴承。

自动调心式滑动轴承具有可动轴瓦，轴瓦的外支承面为凸球面，装在轴承座的凹球面上，随着轴在支承处的倾角变化，轴瓦作相应倾斜，使轴颈与轴瓦保持良好接触，从而避免轴瓦边缘产生磨损。

a）b）调心式滑动轴承a）轴的挠曲b）调心式二.推力滑动轴承的结构

推力滑动轴承用于承受轴向载荷，与径向滑动轴承联合使用可承受复合载荷。推力滑动轴由轴承座和推力轴颈组成。1.实心式

由于支承面上离中心越远处，相对滑动速度越大，磨损越快。故实心轴承承载面上压力分布不均，靠近中心处的压力高。

一般推力轴承采用空心轴颈或多环轴颈。2.单环式3.多环式

多环式推力滑动轴承可承受较大的轴向载荷，还可承受双向轴向载荷。

推力滑动轴承的轴颈尺寸按表12-1给定的经验公式计算。第三节轴瓦一.轴瓦的失效形式1.磨损

有磨粒磨损和研磨磨损两种形式，磨损使轴承间隙加大，丧失精度，导致几何形状改变。

2.压溃

由于载荷超过轴瓦的承载能力而产生塑性变形。

3.胶合

由于重载、高温使油膜破裂或供油不充分，使相对运动表面发生金属粘附和迁移，造成轴承损坏。严重时会发生抱轴。4）疲劳剥落

由于载荷的重复作用，使轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥落。

轴承衬与衬背结合不良也会造成剥落，此种剥落周边光滑。而疲劳剥落周边不光滑。二.轴承材料

轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料

1.对轴承材料的主要要求1).良好的减磨性、耐磨性和抗胶合性2).良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性

a)摩擦顺应性—指材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。一般硬度低、塑性好、弹性系数低的材料具有此性能。

b)嵌入性—容纳异物的能力。能将硬质颗粒嵌入材料内部而不外露，避免相对运动表面发生磨损。一般顺应性好的材料也具备好的嵌入性。

c)磨合性—是指轴瓦和轴颈表面经短期轻载运转，易于形成相互吻合的表面粗糙度，即易于磨合。3）足够的强度和抗腐蚀能力

4）良好的导热性、工艺性和经济性

由上述分析可知，对轴瓦材料的要求是多方面的，很难同时满足，设计时应视具体情况先满足主要要求。

在生产中，常使用双金属轴瓦。就是在强度较高的青铜、铜或铸铁制造的轴瓦上贴附某种薄层材料（如：轴承合金），贴附的材料称为轴承衬。两种材料取长补短，以满足对轴承的要求。2.常用轴承材料

1）金属材料

a)轴承合金

轴承合金的弹性摸量和弹性极限均很低；嵌入性、摩擦顺应性、抗咬粘性好；易磨合，但强度低。不能单独做轴瓦，只能做轴承衬。

常用材料；

★锡基轴承合金

—以锡为基本成分，含适量的锑和铜。除具备上述特点外，还具有对油的吸附性好、耐腐蚀、与钢背结合牢靠等优点。但熔点低、价格高。常用与于制作高速、重载轴承的轴承衬。

★铅基轴承合金

—以铅为基本成分，含适量的锡和锑。其性能与锡基轴承合金相近，但较脆，不宜承受冲击载荷；抗腐蚀能力差，应选用无腐蚀作用的润滑油。

b)铜合金

铜合金是传统的轴瓦材料，应用广泛。常用的铜合金为：★锡青铜★铅青铜★铝青铜

—减磨性、耐磨性最好，但嵌入性、磨合性差，适用于中速、重载。

—抗粘附能力强，适用于高速、重载。

—强度和硬度均较高，抗粘附能力差，适用于低速、重载。c)铝基轴承合金

耐磨性及耐腐蚀性好，疲劳强度高，价格低，可用于做轴瓦或轴承衬。d)灰铸铁、耐磨铸铁及球墨铸铁

由于含有石墨，具有一定的减磨性和耐磨性，但性脆，磨合性差，适用于轻载、低速、无冲击场合。2）多孔质金属材料（陶制金属、粉末冶金）

轴承制造工艺：制粉—成型—烧结。

该材料具有多孔结构，使用前需将轴瓦在热油中浸泡，使孔隙中充满润滑油，故称含油轴承，具有自润滑功能。工作时，由于轴颈转动的抽吸作用及润滑油受热膨胀，使油进入润滑表面；不工作时，依靠毛细管作用，使油吸回轴承内部。可长期保持润滑作用，能定期给油效果更佳。

多孔质金属的韧性较小，宜用于平稳无冲击及中、低速情况。常用材料：多孔铁、多孔质青铜。

3）非金属材料a)各种塑料如：酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯等。

抗腐蚀性强、减磨、耐磨、可包容异物、具有一定自润滑能力。但强度和屈服极限较低，承载能力有限，热传导能力差，不宜用于制作间隙要求严格的轴承。

b)碳—石墨

是一种人造材料，摩擦系数小，具有自润滑能力，用做水润滑的轴承材料。c)橡胶

橡胶主要用于以水作润滑剂且环境脏污之处，如潜水泵。d)木材

木材是多孔质结构，一般需填充聚合物提高其强度和稳定性，减小吸湿性。主要用于某些建筑机械和农业机械中。轴承常用金属材料的性能见P198表12-2。三.轴瓦结构

1.对轴瓦的设计要求

轴瓦应具有一定的强度和刚度、在轴承中定位可靠、利于润滑和散热、便于装拆和调整。2.轴瓦的形式和构造1）整体式轴瓦卷制整体轴套车制卷制轴套2）剖分式轴瓦

a)厚壁轴瓦

用铸造方法制造，内表面可贴附轴承衬，用离心铸造法将轴承合金浇注在轴承背上，并保证轴承衬与轴瓦连接可靠。

b)薄壁轴瓦

轧制而成，质量稳定、成本低，但刚度小，其形状取决与轴承座的形状，轴瓦和轴承座均需精加工。剖分式厚壁轴瓦双金属薄壁轴瓦3.轴瓦的定位

轴瓦和轴承座间不允许有相对移动，应作周向和轴向固定。4.油孔及油槽

为使滑动轴承的工作表面获得良好润滑，应在轴瓦或轴颈上开设油孔或油槽，用以导油。

油孔及油槽的开设原则：

1）油孔或油槽应开设在非承载区或压力较小区域，以利在供油的同时不降低轴承的承载能力。

a)对于整体式轴承

当轴颈单向旋转且载荷方向变化不大时，只开单轴向油槽，应开在油膜厚度最大处。b)对于对开式轴承

油沟常开在剖分面处，轴颈单向转动时只开单轴向油槽，双向转动时开双轴向油槽。2）对于宽径比B/d较小的轴承，只开油孔，B/d较大时应开轴向油槽。

3）油槽不能开通，以防润滑油大量端泄，一般油槽长度为轴瓦宽度的80%。

4）油槽的剖面形状，应避免有锐边和棱角，以使润滑油流畅。

5）周向油槽

周向油槽适用于载荷方向变动范围超过180o的场合，常设在轴承宽度中部，将轴承分为两个独立部分，此种结构影响轴承的承载能力。

油槽尺寸查手册。第四节滑动轴承的润滑一.润滑的目的

减磨、冷却、吸振和防锈。二.润滑剂

常用的润滑剂有润滑油、润滑脂和固体润滑剂。经常在润滑油和润滑脂中加入各种添加剂以改善起其使用性能。1.润滑油

润滑油有动、植物油、矿物油和合成油。矿物油货源充分，价格便宜，是广泛应用的润滑剂。

润滑油选择

选择润滑油的主要依据是粘度，并考虑温度及压力的影响。

★当转速高、压力小、易于形成油膜，应选择粘度低的润滑油。

★当转速低、压力大、不易于形成油膜，应选择粘度高的润滑油。

★非液体摩擦滑动轴承的润滑油由P200表12-3选取。

★温度高的轴承应选用粘度大的润滑油，反之应选粘度小的油。

2.润滑脂

润滑脂主要用于对润滑要求不高，供油困难，低速、重载时的轴承的润滑。选择原则：

1.针入度：当压力高，滑动速度低时应选择针入度小的润滑脂，反之取针入度大的。2.滴点：滴点应高于工作温度（20~30）oC。

3.防水性能及耐热性

钙基脂和铝基脂的防水性好，但耐热性差；钠基脂的耐热性好，但防水性差；锂基脂的耐热性和防水性均好。

润滑脂是半固体润滑剂，由矿物油、金属皂（Ca、Na、Cl、Li）和水稠化而成。

3.固体润滑剂

主要用于真空、高温和润滑困难的特殊场合。

常用固体润滑剂为：MoS2、石墨、聚四氟乙烯等。

涂覆、烧结、粘结在摩擦表面上，形成固体膜。或混入金属或塑料粉末中烧结成型，制成耐磨零件。

使用方法三.润滑方法1.手工加油润滑用于低速、轻载和不重要的场合。用油壶向油孔定期注油。

旋盖式油杯（黄油杯）压配式注油杯旋套式注油杯2.滴油润滑利用油杯将润滑油连续滴入轴承中进行润滑。1)油绳式弹簧盖油杯

利用棉线的毛细管作用将油从油杯吸入轴承，结构简单，但供油量不能调节。

油绳式弹簧盖油杯2.针阀式油杯

当手柄直立时针阀被提起，油杯底部油孔打开，润滑油流进轴承。通过调节螺母控制针阀提升的高度，可调节供油量。

当手柄被扳倒时，油孔被针阀堵住，油杯停止供油。

针阀式油杯1－手柄2－调节螺母3－针阀4－观察孔3.油环润滑

油环下部浸入油中，随轴转动时将油引入轴承。

油环润滑1－轴颈2－油环4.油杯润滑图12-16旋盖式油杯（黄油杯）

杯盖

杯体用于脂润滑。

定期旋转杯盖，将润滑脂挤入轴承中。5.飞溅润滑利用浸入油池中的转动零件，将油溅入轴承。6.压力润滑

润滑及冷效果好，但需要供油设备。四.润滑方法选择可由经验公式确定p—轴承的压强MPav—轴颈圆周速度m/s当K≤2时，采用脂润滑,旋盖式油杯；

当K>2~16时，采用油润滑，针阀式油杯；当K>16~32时，采用油润滑，油环、飞溅或压力润滑；当K>32时，压力润滑。(12-1)第五节非液体摩擦滑动轴承的计算

非液体摩擦滑动轴承是指在边界摩擦或混合摩擦状态下运转的轴承。由于在相对运动表面间不能形成完全的承载油膜，故磨损、胶合、点蚀和擦伤几种失效形式并存。其中磨损和胶合是主要失效形式。主要应用于对工作可靠性要求不高、低速、重载及间歇工作的轴承。

一.工作能力准则

维持边界油膜不遭破坏。

边界油膜的强度和破裂温度受多种因素影响，对不完全液体润滑滑动轴承目前尚无完善的计算方法，只对其工作能力进行条件性计算。二.径向滑动轴承的计算

1.验算轴承的平均压力pMPa(12-2)F—轴承所受的径向载荷Bd—轴承受载面的投影面积。

计算目的：保证润滑油不被过大的压力挤出，轴瓦不产生过度磨损。2.验算轴承的pv值MPam/s(12-3)v—轴颈的圆周速度。

计算目的：防止轴承的温升过高，造成边界油膜破裂。

pv值简略地表征轴承的发热因素，它与轴承单位面积上的摩擦功耗成正比。pv值越高，轴承的温度越高，易引起边界油膜破裂，限制pv值就可限制温升。三.验算滑动速度vm/s(12-4)

p和pv值均合格的轴承，由于滑动速度过高，也会加速磨损而报废。因为p只是平均压力，实际上轴的弯曲及不同心会引起一系列的误差和震动，使轴承边缘产生相当高的压力，使局部pv值超限，造成轴承边缘磨损。计算目的：避免轴承发生边缘磨损。4.设计计算步骤

在轴承设计前，通过轴的设计确定轴的直径d、转速v和所承受的载荷F。

１)根据工作条件及使用要求，确定轴承的结构形式及轴瓦材料。

２)根据B/d的推荐值和机器的尺寸要求，确定轴承的宽度B。

3)验算轴承的工作能力：p、pv和v

4)选择轴颈与轴瓦的配合，保证合适的间隙，从而保证旋转精度。

常用配合的选择见P204表12-4。

二.推力滑动轴承的计算1.校核轴承压强p(12-5)MPaFa—轴向总载荷,N；d1—轴承孔内径，mm；

d2—轴环外径，mm；Z—轴环数目。2.校核Pvm

值m/s(12-6)〔p〕和〔pv〕值由P205表12-5查取。—环形支撑面平均直径dm处的圆周速度。47滚动轴承48第六节滚动轴承的类型、特点和选择一、滚动轴承的学习重点1.掌握滚动轴承的类型、特点及应用，合理选用轴承；2.掌握轴承寿命计算；3.正确进行轴承组合设计。49二、滚动轴承的结构和类型图12-19滚动轴承的结构1.结构1)外圈

装在机座或轴承孔内,一般不转动。2)内圈

装在轴颈上，随轴转动。3)滚动体

即自转又公转，是形成滚动摩擦的主要元件。4)保持架均匀分隔滚动体，避免滚动体间产生摩擦和偏集。

502.滚动体的形状球滚子滚动体形状圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针

513.滚动轴承的分类（按承受的载荷方向分）1）向心轴承

用于承受径向载荷或主要承受径向载荷的轴承。根据结构不同，有些向心轴承也能承受一定量的轴向载荷。如：深沟球轴承。2）推力轴承

只能承受轴向载荷的轴承。3）向心推力轴承（角接触轴承）

能同时承受径向和轴向载荷，一般以承受径向载荷为主。4）推力向心轴承主要承受轴向载荷，也承受一定的径向载荷。524.常用滚动轴承的类型、结构特点和主要性能见P207表12-61）允许偏斜角轴承内、外圈轴线相对偏斜的允许角度。2）接触角αα是角接触轴承的滚动体与外圈滚道接触点处的法线与轴承半径方向的夹角。α角越大，轴承承受轴向载荷的能力越大。3）极限转速

极限转速是指当量动载荷P≤0.1C,冷却条件正常，0级公差轴承的最大允许转速。（C—基本额定动载荷）53三、滚动轴承的代号

为便于设计、生产和使用，国家标准规定了轴承的代号。代号打印在轴承的端面上。滚动轴承代号的构成541.内径代号

轴承的内径代号用基本代号右起第一、二两位数字表示，对常用内径d=20~480mm的轴承，d=内径代号×5，如：04表示d=4×5=20mm。内径为10mm~20mm以下轴承的代号为：内径代号10mm12mm15mm17mm00010203

对于d<10mm及d>480mm轴承的代号，国标另有规定。552.直径系列代号用基本代号右起第三位数字表示。

表示内径相同的同类轴承有几种不同的外径、宽度和滚动体。代号：7、8、9、0、1、2、3、4、5

内径相同，外径和宽度依次递增。直径系列对比563.宽度系列代号用基本代号右起第四位数字表示。

表示结构、内径和直径系列都相同的轴承其宽度的变化。

正常宽度系列的代号为“0”，多数轴承在代号中不必标出。但对于调心滚子轴承（10000型）和圆锥滚子轴承（30000型）“0”必须标出。574.轴承类型代号用基本代号右起第五位数字或字母表示。详见表12-6。5.内部结构代号（后置代号）表示同一类型轴承的不同内部结构。如：角接触球轴承70000Cα=150

70000ACα=250

70000Bα=400

585.轴承的公差等级（后置代号）

轴承的公差等级用后置代号中的字母和数字表示。

按精度由高到低排列为：等级代号24566x0/P2/P4/P5/P6/P6x/P0“0级”为普通级，在代号中省略。“6x级”仅适用于圆锥滚子轴承。596.游隙代号（后置代号）

常用轴承的径向游隙系列按径向间隙由小到大分为：组别代号120345/C1/C2/C0/C3/C4/C5“0”组游隙是常用的游隙组别，在轴承代号中不标出。其余代号均须标出。轴承代号举例：1)6

2

04

（60204/P0

/C0

）内径d=4×5=20mm直径系列2

深沟球轴承省略：

正常宽度系列0；“0级”公差；“0组”游隙。60

2)7

2

11

C/P55级公差接触角α=150

内径d=11×5=55mm直径系列2角接触球轴承70211C/P5/C0

省略：0组游隙正常宽度系列0613）3

0

3

12

B/P6x/C55组游隙6x级公差接触角α=270~300内径d=12×5=60mm直径系列3宽度系列0（必须标出）圆锥滚子轴承62四、滚动轴承的类型选择1.考虑载荷的大小和性质载荷大且有冲击振动时，宜选用滚子轴承；载荷小且平稳时，可选用球轴承。2.轴承转速轴承的工作转速应低于其极限转速。

球轴承的极限转速高于滚子轴承，当转速较高时，宜选用球轴承。

同类轴承中，直径系列小的（外径小）轴承宜用于高速，反之用于低速。633.载荷方向1）承受纯径向载荷60000—深沟球轴承N0000—圆柱滚子轴承2）承受纯轴向载荷单向：51000—单向推力球轴承双向：52000—双向推力球轴承3）同时承受径向和轴向载荷30000、70000C、30000B、70000AC、70000B、6000圆锥滚子轴承角接触球轴承深沟球轴承644.调心性能

主要用于轴的弯曲变形大、跨距大、轴承座的刚度低、多支点等场合。10000—调心球轴承

20000—调心滚子轴承5.装拆要求

对需要经常装拆，或支承长轴的轴承，为便于装拆，应选用内、外圈可分离的轴承。30000—圆锥滚子轴承

N0000—圆柱滚子轴承656.结构尺寸要求

当径向尺寸受到限制时，可选用滚针轴承(NA0000)，如：曲柄销及万向联轴器中的轴承。7.经济性要求1）特殊结构轴承较一般结构轴承的价格高；2）滚子轴承较球轴承价格高；3）公差等级不同，价格相差悬殊。在满足使用要求的前提下，应尽量选用0级公差轴承。8.当径向载荷与轴向载荷均较大时可将径向轴承和推力轴承组合使用。66第七节滚动轴承的失效形式和选择计算

轴承工作时只有下半圈滚动体受载，滚动体作行星运动，受周期性不稳定变应力作用。

转动圈滚道上各点的受力情况与滚动体相同。

固定圈在承载区内的各接触点，处在不同位置，接触应力大小不同。对某一具体的点，只有与滚动体接触时才受载，载荷大小不变。故为脉动循环应力。滚动体、内圈和外圈工作时均受变载荷作用。67二、失效形式1.滚动体与内、外圈滚道的表面发生疲劳点蚀；2.对转速很低或间歇摆动轴承，在过大静载荷或冲击载荷作用下，会使轴承元件在接触处产生局部塑性变形。3.磨损5.元件破损内、外圈及保持架破裂。

在安装、润滑、维护良好条件下工作的轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀。4.胶合（高速、润滑不良）68三、设计准则1.一般工作条件下的轴承，主要失效形式是疲劳点蚀，应进行寿命计算。2.对于摆动或转速极低的轴承，主要失效形式是塑性变形，应进行静强度计算。3.高速转动轴承会产生胶合破坏，除需作寿命计算外，还应校核极限转速。69四、滚动轴承的寿命计算1.滚动轴承的寿命（疲劳寿命）

轴承在其任一元件出现第一个疲劳点蚀坑前所经历的运转总转数或在一定转速下运转的总小时数，称为轴承寿命。

受材质和热处理的不均匀性及制造误差等因素影响，既使完全相同的轴承在相同的条件下工作，各轴承的寿命差异很大，故很难预知一个轴承的寿命。

故计算轴承时，以在概率条件下的轴承基本额定寿命为依据。702.轴承的基本额定寿命1）轴承的寿命分布曲线

该图由实验得出，表明轴承的寿命与可靠度间的关系。

要求轴承的可靠度越高，则轴承的寿命就越低。2）基本额定寿命

轴承可靠度—一组相同轴承能够达到或超过规定寿命的百分率称为轴承寿命的可靠度R。

基本额定寿命—90%的轴承不发生疲劳点蚀前所能达到的寿命。以L10表示。轴承寿命分布曲线713.基本额定动载荷疲劳寿命取决于应力的大小和应力作用的次数。

为了比较轴承抵抗疲劳点蚀破坏的承载能力，规定轴承在一定的条件下：即寿命为106转，可靠度为90%时，所能承受的载荷为基本额定动载荷。

基本额定动载荷—轴承的基本额定寿命为106转时所能承受的载荷。

基本额定动载荷C表征了不同型号轴承的抗疲劳点蚀失效的能力，是选择轴承型号的主要依据。72基本额定动载荷的确定条件：1）轴承材料为高质量的淬硬钢；2）轴承的可靠度为90%；3）基本额定寿命为：L10=106r；4)对向心轴承，受大小、方向恒定的纯径向载荷，轴承内、外圈之间只产生纯径向位移；5)对推力轴承，受大小、方向恒定的纯轴向载荷，轴承内、外圈之间只产生纯轴向位移；6）工作温度t≤1200。734.轴承的寿命计算

右图为滚动轴承的疲劳曲线，表明轴承的载荷与寿命间的关系。曲线方程：（12-7）当L=1(106转)时，P=C(12-8)ε—寿命指数球轴承：ε=3滚子轴承：ε=10/3

滚动轴承的疲劳曲线74当轴承的寿命以小时（h）表示时；（h）(12-9)使用上述计算式时还应考虑两个修正系数：1）载荷系数fP

轴承的基本额定动载荷C是在稳定载荷条件下确定的，当轴承受非稳定载荷时，会使轴承寿命相应降低。应引入fP

修正C值,fP由P212表12-10查取。2）温度系数ft

轴承的基本额定动载荷C是在轴承工作温度t≤1200时确定的，当t>1200时，也将影响轴承的承载能力，应引入ft修正C值。ft由P212表12-9查取。75

在考虑载荷系数和温度系数后，轴承寿命计算式为：（12-10）（12-11）或：—轴承的预期寿命，由P213表12-11确定。765.滚动轴承的当量动载荷P

轴承的基本额定动载荷C是在特定条件下确定的，轴承的工作条件一般与特定条件不同，故计算轴承寿命时，需将实际载荷转换成与确定基本额定动载荷C时的条件相一致的假想载荷，在其作用下的轴承寿命与实际载荷作用下的寿命相同，这一假想载荷称为当量动载荷P。当量动载荷的计算1）当轴承同时受径向和轴向载荷作用时2）当轴承只受纯径向载荷作用时3）当轴承只受纯轴向载荷作用时77

X—径向载荷系数

Y—轴向载荷系数X、Y由P213表12-12根据Fa/Fr与e的关系确定。

e—轴向载荷Fa对当量动载荷P的影响程度系数。当Fa/Fr≤e时不计Fa的影响，当Fa/Fr>e时应计入。

对深沟球轴承（60000）及角接触球轴承（70000C)应先计算相对轴向载荷，再由表12-12查出e。中间值用内插法计算。786.角接触轴承的轴向载荷计算1）内部轴向力S

承载区内的滚动体受法向载荷Fi，各滚动体的径向分力之和∑Fri=∑Ficosα与外载荷Fr平衡。各滚动体的轴向分力之和为内部轴向力,S=∑Fai=∑Fisinα。当半圈滚动体受载时，S≈1.25Frtanα。S的近似计算公式见P215表12-13。角接触轴承的内部轴向力a）角接触球轴承b）圆锥滚子轴承792)角接触轴承的装配形式

角接触向心轴承（30000、70000）通常成对使用，并反向安装。a)正装（面对面安装）

正装可缩短轴的支承跨距。

两轴承的内部轴向力相对。80正装：便于轴承间隙调整。调整垫片81b)反装（背靠背安装）

反装会加大轴的跨距，常用于支承外伸梁，以减小悬臂长度。

两轴承的内部轴向力相背。82反装：轴承间隙调整不便。833）成对安装角接触轴承轴向载荷的计算正装：a)当S2+Fa>S1时III

轴有向左移动趋势，为保持平衡需对轴承I施加一个向右的平衡力。轴承I被压紧

轴承II被放松84

被压紧轴承所受的轴向力等于除本身内部轴向力以外的所有轴向力的代数和。被放松轴承所受的轴向力就是其内部轴向力。85b)当S2+Fa<S1

时：

轴有向右移动趋势，为保持平衡需对轴承II施加一个向左的平衡力。轴承II被压紧：

轴承I被放松：III86

被压紧轴承所受的轴向力等于除本身内部轴向力以外的所有轴向力的代数和。被放松轴承所受的轴向力就是其内部轴向力。a)、b)两种情况的结论相同。轴承采用反装的受力分析请自己推导。87角接触轴承轴向载荷的计算方法归纳如下：1.根据轴承的类型和布置方式计算轴承的内部轴向力，并确定其指向。（正装相对、反装相背）2.判断轴向合力指向，确定哪个轴承被压紧，哪个轴承被放松。

a)正装：轴向合力指向的轴承被压紧，背向的轴承被放松。

b)反装：轴向合力指向的轴承被放松，背向的轴承被压紧。3.计算轴向力

被压紧轴承所受的轴向力等于除本身内部轴向力以外的所有轴向力的代数和。被放松轴承所受的轴向力就是其内部轴向力。887.滚动轴承的静强度计算

滚动轴承静强度计算的目的是限制轴承在静载荷或冲击载荷作用下产生过大的塑性变形。静强度条件：C0—轴承的基本额定静载荷。

在GB/T4662-1993中规定，使受载最大滚动体与滚道接触中心处的计算接触应力达到一定值时的静载荷。89P0—当量静载荷，是作用在轴承上的径向载荷Fr和轴向载荷Fa折合成的假想载荷。X0—径向载荷系数Y0—轴向载荷系数

S0—静强度安全系数，根据使用条件由216表12-14确定。90例1：

图示轴由一对6210深沟球轴承支承，支承尺寸如图示。作用在齿轮上的圆周力Ft=5000N，径向力Fr=3000N，轴的工作转速n=500r/min，轴承的基本额定动载荷C=35KN，载荷平稳、常温下工作，计算该对轴承的寿命。II600400FtFrIFtFH1FH2H:解：1.计算轴承支反力91FV2V:FV1Fr922.计算当量动载荷3.计算轴承寿命载荷平稳，取fP=1；

常温下工作，取ft=1；轴承转速n=500r/min；深沟球轴承，ε=3（年）93

例2：

图示轴由一对7214AC轴承支承，采用正装。两轴承的径向支反力分别为：Fr1=3500N，Fr2=1200N，外部轴向力Fa=800N，方向如图所示。载荷平稳、在常温下工作，轴承转速n=800r/min，轴承的基本额定动载荷C=69.2KN。计算该对轴承的寿命。FaIIIFr1Fr294FaIIIFr1Fr2解：1.计算轴承的内部轴向力7214AC轴承：表12-13S1S22.轴承所受的轴向力II轴承被压紧，I轴承被放松。953.计算当量动载荷70000AC轴承:e=0.68表12-12轴承I：｛表12-12

轴承II：｛964.计算轴承寿命载荷平稳，取fP=1；常温下工作，取ft=1；70000轴承，ε=3；n=800r/min，C=69.2KN；P1>P2,按P1计算轴承寿命。97第八节滚动轴承的组合设计

轴承的组合设计内容包括：轴承的布置、固定、间隙调整、预紧、配合、装拆、润滑和密封等。一、滚动轴承的支承结构形式1.两端固定支承（双支点单向固定）

每个支点限制轴的单向移动。热补偿间隙：C=0.2~0.4mm

适用于工作温度不高的短轴。深沟球轴承两端固定的支承结构982.一端固定另一端游动支承（单支点双向固定）此种支承形式适用于工作温度较高，跨距较大的轴。方案1：一端固定一端游动支承（轴承的外圈在机座孔内沿轴向游动）99方案2：一端固定一端游动支承（轴承内圈沿轴向游动）1003.两端游动支承

用于人字齿轮传动中支承小齿轮，以便调整小齿轮的轴向位置，保证良好啮合。两端游动支承101

二、滚动轴承的轴向定位和固定a)挡肩高度应低于轴承内圈厚度，以便于拆卸轴承。

b)