第十七章 轴 承.ppt

1、机械工程基础第2版,主编,第十七章轴承,第一节概述第二节滑 动 轴 承第三节滚动轴承的结构、类型和代号第四节滚动轴承的失效形式和强度计算 第五节滚动轴承的组合设计,第一节概述,一、轴承的功用轴承是在机器中用来支持轴和轴上零件的部件。二、轴承的类型和特点根据轴承工作时的摩擦性质不同，可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。,图17-1滑动轴承的摩擦状态)液体摩擦状态)非液体摩擦状态,第二节滑 动 轴 承,一、非液体摩擦滑动轴承的结构和材料1.径向滑动轴承的结构(1)结构形式常用的径向滑动轴承，我国已制定了有关标准，通常可根据工作条件选用。1)整体式滑动轴承。,图1

2、7-2整体式滑动轴承,第二节滑 动 轴 承,图17-3对开式滑动轴承,2)对开式滑动轴承。,第二节滑 动 轴 承,图17-4对开式四螺柱斜滑动轴承,第二节滑 动 轴 承,图17-5自位式滑动轴承,3)自位式滑动轴承。,第二节滑 动 轴 承,图17-6轴瓦的结构,第二节滑 动 轴 承,图17-7几种常见的油孔和油沟,(2)轴瓦和轴承衬轴瓦是滑动轴承中直接与轴颈相接触的重要零件，其结构形式和性能将直接影响轴承的承载能力、效率和使用寿命。,第二节滑 动 轴 承,图17-8轴承衬与衬背的结合形式,第二节滑 动 轴 承,图17-9推力滑动轴承,2.推力滑动轴承的结构,第二节滑 动 轴 承,图17-10推

3、力轴颈)空心端面轴颈)环形轴颈)多环轴颈,3.轴承材料,第二节滑 动 轴 承,表17-1常用轴承材料的性能及应用, ()内为极限值，其余为一般值(润滑良好)。对于液体动压轴承，限制值无甚意义，因与散热等条件关系很大。 分子为最小轴颈硬度，分母为合金硬度。 性能比较：1最佳；2良；3较好；4一般；5最差。二、非液体摩擦滑动轴承的设计计算,第二节滑 动 轴 承,1.设计准则2.设计步骤1)根据轴颈的直径、转速、载荷情况和工作要求等已知条件确定轴承的结构类型及轴瓦材料。2)根据轴颈直径及宽径比，确定轴承的宽度。3)校核轴承的工作能力。4)选择轴承的配合。,表17-2滑动轴承的常用配合,5)润滑剂和润

4、滑装置的选择(见第十八章第二节)。3.径向滑动轴承的校核计算,第二节滑 动 轴 承,(1)验算轴承的平均压强(2)验算轴承的值为了防止轴承工作时产生过高的热量而导致摩擦面的胶合破坏，应限制轴承的摩擦功耗，摩擦功耗可用平均压强和轴承的相对滑动速度的乘积值来表征。(3)验算轴承的相对滑动速度对于载荷较轻、速度较高的轴承，即使与值都在许用范围内，也可能由于过高的相对滑动速度而引起轴承加速磨损。4.推力滑动轴承的校核计算(1)验算轴承的平均压强(2)验算轴承的值,第二节滑 动 轴 承,表17-3推力滑动轴承的值和v值,例17-1已知一起重机卷筒的滑动轴承所承受的径向载荷105，轴颈直径85，转速10，

5、试设计此轴承。解(1)确定轴承的结构类型和材料因为轴承承受径向载荷，故选用对开式径向滑动轴承。此轴承所承受的载荷大、速度低，由表17-1选用轴瓦材料为94Ni4Mn2，查得15，12,4。,第二节滑 动 轴 承,(2)确定轴承宽度选取轴承的宽径比1.0，则轴承宽度85。(3)校核轴承的工作能力1)计算轴承的平均压强2)计算轴承的值3)计算轴承的相对滑动速度(4)选择轴承的配合由表17-2选择轴承的配合为99。(5)润滑剂和润滑方式的选择因为轴承的相对速度很低，故采用脂润滑，由表18-8，选用3号钙基脂。三、液体摩擦滑动轴承简介液体摩擦是滑动轴承的理想摩擦状态。1.液体动压滑动轴承,第二节滑 动

6、 轴 承,图17-11液体动压滑动轴承的工作原理)轴颈处于静止)轴颈开始转动)轴颈达到工作转速,第二节滑 动 轴 承,图17-12液体静压滑动轴承的工作原理1油腔2油槽3节流器,第二节滑 动 轴 承,2.液体静压滑动轴承四、各类滑动轴承的使用性能比较各类滑动轴承的使用性能比较见表174。,表17-4各类滑动轴承的使用性能比较,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,图17-13滚动轴承的结构1外圈2内圈3滚动体4保持架,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,一、滚动轴承的结构如图1713所示，滚动轴承一般由外圈1、内圈2、滚动体3和保持架4组成。,图17-14常用的滚动体)球)圆柱滚子)圆锥滚子)球面滚

7、子)滚针滚子,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,123.tif,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,图17-15滚动轴承的接触角,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,二、滚动轴承的类型及特性1.按滚动体的形状分(1)球轴承球轴承的滚动体形状为球。(2)滚子轴承除了球轴承以外，其他的滚动轴承均称滚子轴承。2.按承受载荷的方向分(1)向心轴承向心轴承主要或只能承受径向载荷，按其接触角的大小不同，又可分为径向接触轴承(0)和角接触向心轴承(045)两类。1)径向接触轴承这类轴承包括深沟球轴承、圆柱滚子轴承和滚针轴承。2)角接触向心轴承这类轴承主要有角接触球轴承、圆锥滚子轴承、调心球轴承和调心滚子轴承等。

8、,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,(2)推力轴承推力轴承主要或只能承受轴向载荷，按其接触角的大小不同，又可分为轴向接触轴承(90)和角接触推力轴承(4590)两类。1)轴向接触轴承这类轴承只能承受轴向载荷，而不能承受径向载荷，主要有推力球轴承、双向推力球轴承和推力圆柱滚子轴承等。2)角接触推力轴承这类轴承主要承受轴向载荷，也可以承受较小的径向载荷，常用的有推力调心滚子轴承等。,表17-5常用滚动轴承的类型和主要特性,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,B170507.TIF,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,B170508.TIF,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,B170509.TIF,第三

9、节滚动轴承的结构、类型和代号,B1705010.TIF,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,B1705011.TIF,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,B1705012.TIF,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,B1705013.TIF,三、滚动轴承的代号,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,滚动轴承类型很多，为了区别不同类型、结构、尺寸和精度的轴承，以便于组织生产和使用，国家标准规定了其识别符号，即轴承代号，并把它标印在轴承的端面上。,表17-6滚动轴承的代号排列,1.基本代号(1)类型代号滚动轴承的类型代号用数字或字母表示，常用滚动轴承类型代号表示方法，见表17-5。(2)尺寸系列代号尺寸系列

10、代号由轴承的宽度系列代号(或高度系列代号)与直径系列代号组合而成。,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,表17-7尺寸系列代号,第三节滚动轴承的结构、类型和代号,(3)内径代号内径代号表示滚动轴承内径尺寸的大小，常用内径尺寸代号的表示方法，见表17-8。,表17-8滚动轴承的内径代号,2.前置代号和后置代号1)前置代号表示成套轴承分部件的特点，用字母表示。2)后置代号共分8组(见表17-6)，用字母(或加数字)表示，按不同情况可紧接在基本代号之后或者用“-”、“”符号隔开。例17-2说明滚动轴承代号6215、7320、302106的含义。解(1)(2),第三节滚动轴承的结构、类型和代号,(3)四

11、、选择滚动轴承类型时应考虑的因素各类滚动轴承具有不同的特性，在选择滚动轴承类型时，必须根据轴承实际工作情况合理选择，一般应考虑下列因素。1.载荷的方向、大小和性质1)只承受径向载荷时，应选用向心轴承。2)在相同的外廓尺寸条件下，滚子轴承一般比球轴承的承载能力和抗冲击能力大，故在载荷大且有冲击时应选用滚子轴承；反之，则选用球轴承。2.轴承的转速3.使用性能要求4.经济性,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,一、滚动轴承的失效形式和设计准则1.滚动轴承主要失效形式(1)疲劳点蚀轴承工作时，作用于轴上的载荷是通过轴承的内圈、滚动体、外圈传到机座上的，使滚动体与内、外圈的接触表面产生接触应力。(2)塑

12、性变形当轴承的转速很低(10)或间歇摆动时，一般不会发生疲劳点蚀，此时轴承往往会因受到过大的静载荷或冲击载荷而产生塑性变形，使轴承失效。2.滚动轴承设计准则(1)对于一般运转的滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀。,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,(2)对于不回转、转速很低(10)或间歇摆动的轴承，其失效形式是塑性变形，为防止塑性变形，以静强度计算为依据，进行轴承的强度计算。二、滚动轴承的寿命计算1.基本概念(1)轴承的寿命和基本额定寿命1)滚动轴承的寿命是指轴承中任何一个滚动体或内、外圈滚道上出现疲劳点蚀前轴承转过的总转数，或在一定转速下总的工作小时数。2)滚动轴承的基本额定寿命是指一批相

13、同的轴承，在同样条件下工作，其中10的轴承产生疲劳点蚀时转过的总转数，或在一定转速下总的工作小时数。,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,(2)基本额定动载荷滚动轴承的基本额定动载荷是使轴承的基本额定寿命为106时，所能够承受的载荷值，以表示。(3)基本额定静载荷滚动轴承的基本额定静载荷是指在轴承承载区内，受载最大的滚动体与滚道的接触应力达到一定值时，所对应的载荷，以表示。(4)当量动载荷滚动轴承的基本额定动载荷是在一定的运转条件下确定的，例如其载荷条件为：向心轴承仅承受径向载荷，推力轴承仅承受轴向载荷。2.寿命计算,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,表17-9温度系数,表17-10载荷系数

14、,表17-11滚动轴承使用寿命推荐值,3.当量动载荷计算,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,表17-12径向载荷系数和轴向载荷系数Y,2.对于深沟球轴承和接触角15的角接触球轴承，需先计算，查出值，,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,再计算并与比较后才能确定、值。3.对于的中间值，其和Y值可用线性插值法求得。,图17-16角接触轴承的内部轴向力)圆锥滚子轴承)角接触球轴承,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,三、角接触轴承实际轴向载荷的计算1.内部轴向力,表17-13角接触球轴承和圆锥滚子轴承的内部轴向力,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,图17-17角接触轴承实际轴向载荷的计算)正安装

15、)反安装,2.实际轴向载荷的计算,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,(1)当21时，轴有向左移动的趋势，使左端轴承1的内、外圈与滚动体间相互压紧，称为紧端；右端轴承2的内、外圈与滚动体间相互放松，称为松端。(2)当21时，轴有向右移动的趋势，则右端轴承2为紧端，左端轴承1为松端。1)先计算出两支承处的内部轴向力1、2的大小，并绘出其方向。2)将外加轴向载荷及与之同向的内部轴向力之和与另一内部轴向力进行比较，以判定轴承的紧端与松端。3)由力的平衡条件确定两端轴承的实际轴向载荷1和2。 对于松端，其实际轴向载荷就等于它自身的内部轴向力。,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算, 对于紧端，其实际轴向

16、载荷等于除它自身内部轴向力以外的所有轴上轴向力的代数和。四、滚动轴承的静强度计算静强度计算的目的是防止轴承产生过大的塑性变形。,表17-14径向载荷系数和轴向载荷系数,表17-15静强度安全系数,五、寿命计算实例,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,某机器上有一对型号为6310的深沟球轴承，该轴转速960，承受的径向载荷5500，轴向载荷2600，运转过程中有轻微冲击，常温工作。解(1)计算当量动载荷3)比较与值的大小260055000.47。4)确定和值由表17-12，按查得0.56，并用插值法求得1.64。5)计算当量动载荷由式(17-9)得(0.5655001.642600)。(2)计算

17、轴承寿命,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,1)确定、和值由表17-9，按温度小于100查取1.0；由表17-10，查取1.2；取寿命指数3。2)计算轴承寿命由式(17-7)得1/601/6096036016。解(1)初选轴承的型号根据轴颈直径30，由表17-16，初选6206型轴承，并查得19.5，11.5。(2)计算当量动载荷1)确定值根据表17-12，计算560115000.049；用插值法求得0.25。2)比较与值的大小156020000.28。,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,3)确定和值由表17-12，按查得0.56，并用插值法求得1.78。4)按轴承1计算当量动载荷1由式(

18、17-9)得11(0.5620001.78560)2117。(3)由预期寿命求所需的1)确定、和值由表17-9，按温度小于100查取1.0；由表17-10，查取1.2；取寿命指数3。2)计算由式(17-8)得122117/1018071。,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,图17-18斜齿圆柱齿轮减速器中的轴,解(1)初选轴承的型号根据轴颈直径40，由表17-17初选7208型轴承，并查得35.2、24.5。(2)计算轴承的内部轴向力1、2(3)计算轴承的实际轴向载荷1、2,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,(4)计算当量动载荷1、21)比较/与值的大小11272040000.68，查表1

19、7-12，取11、；22432020002.16，查表17-12，取20.41、20.87。2)计算1、2(5)计算轴承由预期寿命所需的1)确定、和值由表17-9，按温度小于100，取1.0；由表17-10查取1.2；取寿命指数3。2)计算,第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,表17-16深沟球轴承(摘自2761994),第四节滚动轴承的失效形式和强度计算,表17-16深沟球轴承(摘自2761994),98.50,2.表中、1分别为、1的单向最小倒角尺寸，为的单向最大倒角尺寸。3.轴承代号中的、分别代表轴承接触角15、25、40。,第五节滚动轴承的组合设计,一、滚动轴承的轴向固定轴承内圈与轴以

20、及外圈与轴承座孔之间必须有可靠的轴向固定，以防止轴承在承受轴向载荷时产生相对于轴或座孔的轴向移动。1)利用轴肩作单向固定(见图17-19)。2)利用轴肩和弹性挡圈作双向固定(见图17-19)。3)利用轴肩和轴端压板作双向固定(见图17-19)。4)利用轴肩和圆螺母、止动垫圈作双向固定(见图17-19)。,图17-19滚动轴承内圈的轴向固定方法)利用轴肩作单向固定)利用轴肩和弹性挡圈作双向固定)利用轴肩和轴端压板作双向固定)利用轴肩和圆螺母、止动垫圈作双向固定,第五节滚动轴承的组合设计,1)利用轴承端盖作单向固定(见图17-20)。2)利用座孔内凸肩和弹性挡圈作双向固定(见图17-20)。3)利

21、用轴承端盖和座孔内凸肩作双向固定(见图17-20)。,图17-20滚动轴承外圈的轴向固定方法)利用轴承端盖作单向固定)利用座孔内凸肩和弹性挡圈作双向固定)利用轴承端盖和座孔内凸肩作双向固定,二、轴系的轴向固定,第五节滚动轴承的组合设计,轴系轴向固定的目的是为了防止轴在工作时发生轴向窜动，保证轴上零件有确定的工作位置。(1)两端固定支承,图17-21两端固定支承,第五节滚动轴承的组合设计,(2)一端固定、一端游动支承如图和所示，一端轴承的内、外圈均作双向固定，限制了轴的双向移动；而另一端轴承外圈的两侧均不固定，成为游动支承(当轴伸长或缩短时轴承可随之作轴向游动)。,图17-22一端固定、一端游动

22、支承,第五节滚动轴承的组合设计,三、滚动轴承组合结构的调整滚动轴承组合结构的调整包括轴承间隙的调整和轴系轴向位置的调整。(1)轴承间隙的调整轴承间隙的大小将影响轴承的旋转精度、轴承寿命和传动零件工作的平稳性。1)利用增减轴承端盖与箱体间垫片的厚度来调整(见图17-23)。2)利用调整螺钉推动压盖移动滚动轴进行调整，调整后用螺母锁紧(见图(2)轴系轴向位置的调整轴系轴向位置调整的目的是使轴上零件有准确的工作位置。四、滚动轴承的配合,第五节滚动轴承的组合设计,滚动轴承的配合是指轴承内圈与轴颈、轴承外圈与轴承座孔的配合。,图17-23滚动轴承间隙的调整,第五节滚动轴承的组合设计,图17-24锥齿轮轴

23、的轴承组合结构,五、滚动轴承的装拆,第五节滚动轴承的组合设计,进行滚动轴承组合设计时，应考虑到便于轴承的安装和拆卸，并在装拆的过程中不损坏,06WD9A1.eps,第五节滚动轴承的组合设计,06WD9A2.eps,第五节滚动轴承的组合设计,图17-25滚动轴承的装配,第五节滚动轴承的组合设计,图17-26滚动轴承的拆卸,第五节滚动轴承的组合设计,图17-27滚动轴承的预紧)在外圈(或内圈)之间加金属垫片)磨窄外圈(或内圈),第五节滚动轴承的组合设计,六、滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧是指对于某些内部间隙可调整的轴承，在安装时给予恰当的轴向预紧力，使内、外圈产生相对位移，从而消除了游隙，并使滚动体

24、与滚道接触处产生弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和刚性的方法。1.轴承是在机器中用来支持轴和轴上零件的部件。1)滑动轴承轴向尺寸较大，按其工作表面的摩擦状态不同，分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。 液体摩擦滑动轴承摩擦表面完全被润滑油隔开，轴承与轴颈的表面不直接接触，因此避免了磨损，但制造精度要求高，多用于高速、精度要求较高或低速重载的场合。根据获得液体润滑原理不同，分为液体动压滑动轴承和液体静压滑动轴承两种。,第五节滚动轴承的组合设计, 非液体摩擦滑动轴承摩擦表面不能被润滑油完全隔开，摩擦表面易磨损，但结构简单，制造精度要求较低，用于一般转速、载荷不大和精度要求不高的场合。根据能够承

25、受载荷的方向不同，分为径向滑动轴承和止推滑动轴承两种。2)滚动轴承的摩擦阻力较小，机械效率较高，润滑和维护方便，但径向尺寸较大，在中、低转速和精度要求较高的场合得到广泛的应用。2.非液体摩擦滑动轴承1)径向滑动轴承主要由轴瓦(或轴套)和轴承座组成，轴瓦(或轴套)是轴承的工作部分，工作时只能承受径向载荷。2)推力滑动轴承由径向轴瓦、推力轴瓦、衬套和轴承座等组成，推力轴瓦是轴承的工作部分，工作时主要承受轴向载荷。,第五节滚动轴承的组合设计,3)轴瓦和轴承衬 轴瓦是滑动轴承中直接与轴颈相接触的重要零件，其结构形式和性能将直接影响轴承的承载能力、效率和使用寿命。 轴承衬是指为了改善轴瓦工作表面的摩擦性

26、能和提高承载能力，在轴瓦内表面浇铸的一层减磨材料。4)轴承材料是指与轴颈直接接触的轴瓦或轴承衬的材料。5)非液体摩擦滑动轴承的设计步骤非液体摩擦滑动轴承的最主要失效形式是轴瓦的磨损和胶合，设计准则是保证润滑油膜不破裂。3.滚动轴承的概念1)滚动轴承由外圈、内圈、滚动体和保持架组成。2)滚动轴承的分类及特性,第五节滚动轴承的组合设计, 按滚动体的形状不同，滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两类。其中，球轴承制造工艺简单，价格便宜，允许的极限转速较高，但承载能力和耐冲击能力较低；滚子轴承的承载能力和耐冲击能力均较高，但允许的极限转速较低，制造工艺较球复杂，价格较高。 按能够承受载荷方向的不同，滚动轴承分

27、为向心轴承和推力轴承两类。其中，向心轴承主要或只能承受径向载荷，根据其接触角的大小不同，又可分为径向接触轴承(0)和角接触向心轴承(045)两类；推力轴承主要或只能承受轴向载荷，根据其接触角的大小不同，又可分为轴向接触轴承(90)和角接触推力轴承(4590)两类。 常用滚动轴承的类型和主要特性，见表17-5。,第五节滚动轴承的组合设计,3)滚动轴承的代号由前置代号、基本代号和后置代号三段构成，其中基本代号是滚动轴承代号的基础，必须重点掌握。4)选择滚动轴承类型时应考虑：载荷的方向、大小和性质；轴承的转速；使用性能要求和经济性要求等。4.滚动轴承的强度计算1)滚动轴承设计基准： 对于一般运转的滚

28、动轴承，其主要失效形式是滚动体或内、外圈滚道的疲劳点蚀，故以疲劳强度为依据，进行寿命计算。 对于转速很低(10r/min)的滚动轴承，其主要失效形式是塑性变形，故以静强度为依据，进行静强度计算。2)进行寿命计算时，要理解并掌握滚动轴承的基本额定寿命、基本额定动载荷、当量动载荷的概念和计算方法。,第五节滚动轴承的组合设计,5.滚动轴承的组合设计的目的是：处理好轴承(内圈和外圈)的固定，轴系的轴向固定和调整，轴承的配合、装拆、润滑和密封等问题。1.液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承各有何特点?应用场合有何不同?2.试述整体式、对开式和自位式滑动轴承的特点及应用场合。3.什么是轴瓦？什么是轴承衬？4.轴瓦上为什么要制出油孔和油沟？制出油孔和油沟时应注意些什么？5.什么是轴承材料？对轴承材料性能的要求是什么？常用轴承材料有哪些？,第五节滚动轴承的组合设计,6.对非液体摩擦滑动轴承为什么要验算平均压强、值和相对滑动速度？若验算结果不满足要求时，应采取什么措施？7.为什么滚动轴承在各种机械设备中能够得到广泛的应用？8.滚动轴承一般由哪些基本元件组成？各个元件的作