機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 第12章軸承

第12章

軸承軸承是用來支承軸的部件，根據(jù)其于軸頸摩擦的性質(zhì)不同，分為滑動(dòng)摩擦軸承(滑動(dòng)軸承)和滾動(dòng)摩擦軸承(滾動(dòng)軸承)。12.1滑動(dòng)軸承的主要類型、結(jié)構(gòu)和材料滑動(dòng)軸承可分為承受徑向載荷的徑向滑動(dòng)軸承和承受軸向載荷的軸向滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承根據(jù)其摩擦狀態(tài)的不同，又分為非液體摩擦滑動(dòng)軸承和液體摩擦滑動(dòng)軸承。第12章軸承12.1.1徑向(向心)滑動(dòng)軸承

1.整體式徑向滑動(dòng)軸承

軸承座軸承

特點(diǎn)

軸承結(jié)構(gòu)簡單，但當(dāng)滑動(dòng)表面磨損后，間隙無法調(diào)整，而且在裝拆軸時(shí)必須作軸向移動(dòng)，有時(shí)很不方便，因此多用于低速、輕載和間歇工作且不甚重要的場合，如絞車、手動(dòng)起重機(jī)械等。

2.對開式徑向滑動(dòng)軸承螺柱整體式軸瓦

特點(diǎn)

拆裝方便，易于調(diào)整間隙，適用廣泛，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造費(fèi)用較高。軸承蓋軸承座

3.自動(dòng)調(diào)心徑向滑動(dòng)軸承

當(dāng)軸頸較長(長徑比B/d1.5~1.75)，軸的剛度較小或由于安裝誤差等原因造成軸的彎曲變形較大時(shí)，都會(huì)形成軸承兩段的局部接觸，造成軸瓦局部磨損嚴(yán)重。

特點(diǎn)當(dāng)軸變形時(shí)，軸瓦可以自動(dòng)調(diào)整位置，從而保證軸頸和軸瓦均勻接觸。12.1.2止推滑動(dòng)軸承

特點(diǎn)

主要承受軸向載荷，還可以承受部分徑向載荷。進(jìn)油止推軸瓦銷釘襯套出油向心軸瓦軸承座

止推滑動(dòng)軸承除了以軸的端面為工作面外，還可以將止推軸頸做成單環(huán)形和多環(huán)形。多環(huán)軸頸可以承受較大的雙面載荷。單環(huán)止推軸承多環(huán)止推軸承12.1.3軸瓦

軸瓦是軸承中直接與軸頸接觸的部分。軸瓦的結(jié)構(gòu)和選材直接影響軸承的工作能力和使用壽命。整體式軸瓦12.1.3軸瓦

軸瓦是軸承中直接與軸頸接觸的部分。軸瓦的結(jié)構(gòu)和選材直接影響軸承的工作能力和使用壽命。剖分式軸瓦油孔油溝剖分式軸瓦油孔油溝

軸瓦可用單一的減摩材料制成。為了節(jié)約貴重金屬材料(如軸承合金)及提高軸承的工作能力，通常將軸瓦制成雙金屬。在強(qiáng)度較高價(jià)格較廉的軸瓦(如鋼、鑄鐵和青銅)內(nèi)表面通常澆注一層減摩性更好的合金材料，通常稱為軸承襯，其厚度在0.5~6mm范圍內(nèi)。軸承襯

為了使?jié)櫥湍茌^均勻地分布在整個(gè)工作表面上，一般在不承受載荷的軸瓦表面開出油溝和油孔，油溝沿軸向應(yīng)有足夠的長度，通常為軸瓦寬度的80%左右，但不能開通，以免油從軸瓦兩端流失。油溝12.1.4軸承材料軸瓦是軸承中直接和軸頸接觸的零件，是滑動(dòng)軸承的主要組成部分，其材料選取是否適當(dāng)，對滑動(dòng)軸承的性能有很大影響。

滑動(dòng)軸承的主要失效形式是磨損和膠合，還可能出現(xiàn)壓潰、疲勞剝傷和腐蝕等，因此軸承材料應(yīng)具有摩擦系數(shù)小，耐磨，抗膠合能力好，導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，具有足夠機(jī)械的強(qiáng)度和塑性，還應(yīng)有良好的工藝性以及價(jià)格便宜。⑴軸承合金

主要是錫、鉛、銻、銅的合金，又稱巴氏合金。軸承合金可以分為錫基和鉛基兩大類，即分別以錫或鉛為軟基體，其中夾雜著銻錫和銅錫等硬合金顆粒。它的減摩性、耐磨性、嵌入性和跑合性都很好，抗膠合能力強(qiáng)，是良好的軸承材料，多用于重載和高速的場合。但由于它的強(qiáng)度低，價(jià)格貴，因此不能單獨(dú)做軸瓦，使用時(shí)需澆鑄在銅合金、低碳鋼或鑄鐵等基體上作為軸承襯使用。

⑵青銅

青銅強(qiáng)度高、承載能力大、耐磨性和導(dǎo)熱性都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達(dá)250C。但其嵌入性、磨合性不如軸承合金?？伤苄圆睢⒉灰着芎?、與之相配的軸徑必須淬硬。青銅可以單獨(dú)制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。青銅廣泛用于中低速重載軸承。

⑶鑄鐵

鑄鐵中石墨可起潤滑作用，因此可作軸承材料。但鑄鐵硬度高，脆性大，磨合性差，只適用于輕載、低速和不受沖擊的場合。⑷其他材料

粉末冶金材料、陶瓷、橡膠、工程塑料等都可以做軸承材料。粉末冶金材料是將粉末經(jīng)壓制、燒結(jié)而成的多孔結(jié)構(gòu)材料，使用前先在熱油中浸數(shù)小時(shí)，使孔隙中貯存油滑油，稱為含油軸承。主要用于加油不方便及較低速度且無沖擊載荷的場合。工程塑料是應(yīng)用廣泛的非金屬軸承材料，如尼龍、聚四氟乙烯、酚醛塑料等。塑料軸承可用油或水潤滑，摩擦系數(shù)低，塑性和磨合性好，但導(dǎo)熱性差，膨脹系數(shù)大，易變形。12.2非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算

非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算，一般是從限制軸承壓強(qiáng)p及其與軸頸圓周速度v的乘積pv來進(jìn)行條件性計(jì)算。徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)時(shí)，一般已知軸頸直徑d，轉(zhuǎn)速n和軸承承受的徑向載荷和使用要求，然后按下述步驟進(jìn)行：

⑴軸承材料的選擇

⑵確定軸承的寬度B

一般按寬徑比B/d及d來確定B。通常取B/d

0.5~1.5。重載軸承取小值，輕載軸承取大值。⑶校核平均壓強(qiáng)p

為了使軸承不發(fā)生過度磨損，應(yīng)限制軸承的平均壓強(qiáng)。BdFR徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算

⑷

校核pv值

對于滑動(dòng)軸承，為了保證工作時(shí)不致過度發(fā)熱產(chǎn)生膠合，應(yīng)限制單位面積上摩擦功率fpv(f為材料的滑動(dòng)摩擦因數(shù))。在穩(wěn)定的工作條件下，f可近似地視為常數(shù)。因此，

⑸

軸頸與軸瓦的配合選擇常用配合BdFR徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算、、、、。12.4滾動(dòng)軸承的類型和選擇

滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小、起動(dòng)快、效率高、不易磨損的優(yōu)點(diǎn)，因而在各種機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。滾動(dòng)軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，由專門的工廠大量生產(chǎn)，在一般機(jī)械設(shè)計(jì)中，主要根據(jù)具體工作條件正確地選擇軸承的類型和尺寸，并進(jìn)行軸承組合設(shè)計(jì)。12.4.1滾動(dòng)軸承的類型組成外圈內(nèi)圈滾動(dòng)體保持架滾動(dòng)體形狀

球滾針圓柱滾子圓錐滾子非對稱球面滾子球面滾子

滾動(dòng)軸承中內(nèi)、外圈與滾動(dòng)體接觸處的法線和垂直于軸承軸心線的平面間的夾角

稱為公稱接觸角。滾動(dòng)軸承可按公稱接觸角分類。

軸向接觸軸承

90

向心角接觸軸承0

45徑向接觸軸承

0

1.向心軸承

主要用于承受徑向載荷，公稱接觸角0

45。

⑴徑向接觸軸承

0的向心軸承深溝球軸承圓柱滾子軸承

⑵向心角接觸軸承

0

45

角接觸球軸承

圓錐滾子軸承

2.推力軸承

主要用于承受軸向載荷，公稱接觸角45

90。

⑴軸向接觸軸承

90推力圓柱滾子軸承推力球軸承單向雙向

⑵推力角接觸軸承

45

90推力角接觸球軸承

推力調(diào)心滾子軸承

根據(jù)滾動(dòng)體的形狀，滾動(dòng)軸承可以分為球軸承和滾子軸承。滾子軸承又可分為圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承等。根據(jù)軸承工作時(shí)能否自動(dòng)調(diào)心又可分為鋼性軸承和調(diào)心軸承。調(diào)心球軸承調(diào)心滾子軸承θ12.4.2滾動(dòng)軸承的代號滾動(dòng)軸承的類型很多，而各類軸承又有不同的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等級和技術(shù)要求，為便于組織生產(chǎn)和選用，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2721993規(guī)定了滾動(dòng)軸承的代號。滾動(dòng)軸承的代號由基本代號、前置代號和后置代號三部分構(gòu)成。寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號

基本代號

后置代號(

)類型代號尺寸系列代號注：

代表字母；

代表數(shù)字

或加成套軸承分部件代號內(nèi)徑代號

軸承的結(jié)構(gòu)、特殊材料、公差等級等1.基本代號

基本代號由類型代號、尺寸系列代號和內(nèi)徑代號從左向右依次排列構(gòu)成。類型代號由數(shù)字和字母表示(表12

2)，代號為“0”(雙列角接觸球軸承)則省略。調(diào)心滾子軸承20000C圓錐滾子軸承30000推力球軸承50000a)單向b)雙向深溝球軸承60000角接觸球軸承70000推力圓柱滾子軸承80000圓柱滾子軸承N0000滾針軸承a)NA0000b)RNA0000調(diào)心球軸承10000滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑代號

內(nèi)徑代號軸承內(nèi)徑尺寸

mm001001020304~99數(shù)字

5121517寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號

基本代號

后置代號(

)類型代號尺寸系列代號注：

代表字母；

代表數(shù)字

或加成套軸承分部件代號內(nèi)徑代號

軸承的結(jié)構(gòu)、特殊材料、公差等級等滾動(dòng)軸承寬度(高度)系列、直徑系列代號

軸承類型向心軸承8,0,1,2,3,4,5,6寬度(高度)系列代號直徑系列代號7,8,9,0,1,2,3,4推力軸承7,9,1,20,1,2,3,4寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號

基本代號

后置代號(

)類型代號尺寸系列代號注：

代表字母；

代表數(shù)字

或加成套軸承分部件代號內(nèi)徑代號

軸承的結(jié)構(gòu)、特殊材料、公差等級等

2.前置、后置代號

前置代號用字母表示軸承的分部件，對于一套完整的軸承，無此代號。寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號

基本代號

后置代號(

)類型代號尺寸系列代號注：

代表字母；

代表數(shù)字

或加成套軸承分部件代號內(nèi)徑代號

軸承的結(jié)構(gòu)、特殊材料、公差等級等內(nèi)部結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承后置代號排列順序后置代號組含義1密封與防塵套圈變形238保持架及材料游隙軸承材料公差等級配置其它7456寬(高)度系列代號直徑系列代號前置代號

基本代號

后置代號(

)類型代號尺寸系列代號注：

代表字母；

代表數(shù)字

或加成套軸承分部件代號內(nèi)徑代號

軸承的結(jié)構(gòu)、特殊材料、公差等級等61030寬度系列變化直徑系列變化801234567----17--37------8--081828384858689--091929394959690--001020304050601--011121314151612820212223242526238303132333------4--04--24--------5----------------寬度系列代號直徑系列代號

兩個(gè)常用的后置代號內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號用字母表示軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變。例如，角接觸球軸承的公稱接觸角

有15

、25和40三種，分別用C、AC、和B在基本代號后表示。

軸承的公差等級代號用/P0、/P6、/P6X、/P5、/P4、/P2表示，分別代表標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0、6、6X、5、4、2共六個(gè)級別的公差等級，精度依次遞增。0級為普通級，在后置代號中不標(biāo)出。代號示例

6210/P4—內(nèi)徑為50mm，尺寸系列為02，公差等級為4級的深溝球軸承。

7311C/P5—內(nèi)徑為55mm，尺寸系列為03，公稱接觸角

15，公差等級為5級的角接觸軸承。12.5滾動(dòng)軸承尺寸選擇計(jì)算

滾動(dòng)軸承尺寸選擇計(jì)算，就是根據(jù)載荷的大小、方向、性質(zhì)以及對其使用壽命的要求等條件，通過計(jì)算，選出尺寸(型號)合適的軸承，計(jì)算依據(jù)是軸承在預(yù)期工作時(shí)間內(nèi)可能產(chǎn)生的失效形式。

滾動(dòng)軸承的常見失效形式

點(diǎn)蝕斷裂磨損膠合

套圈和滾動(dòng)體表面的疲勞點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承最基本和常見的失效形式，通常作為滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算的依據(jù)。Fr徑向載荷的分布Fmaxδ02051015501000R(%)軸承的壽命曲線L/(1×10-6r)12.5.1軸承壽命及計(jì)算定義：軸承在一定轉(zhuǎn)速下，其中任何零件出現(xiàn)疲勞擴(kuò)展跡象之前的工作小時(shí)數(shù)或轉(zhuǎn)數(shù)可靠度：一組相同軸承能達(dá)到或超過規(guī)定壽命的百分比基本額定壽命：一組同一型號軸承，在同一運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，其可靠度R為90%時(shí)，能達(dá)到或超過的壽命L(Lh)基本額定動(dòng)載荷：當(dāng)一套軸承運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到一百萬轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷C。（＜120℃）向心軸承記為：Cr，推力軸承記為：Ca軸承壽命

滾動(dòng)軸承的基本額定壽命L(轉(zhuǎn))與軸承當(dāng)量動(dòng)載荷、基本額定動(dòng)載荷之間的關(guān)系為

滾動(dòng)軸承的基本額定壽命也可以用工作小時(shí)數(shù)(Lh)計(jì)算P為當(dāng)量動(dòng)載荷。

為壽命指數(shù)，球軸承

3；

10/3。當(dāng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P、轉(zhuǎn)速n已知，給定了軸承的預(yù)期壽命Lh

，則滾動(dòng)軸承所需的基本額定動(dòng)載荷C

為

可以根據(jù)計(jì)算所得的C

，從相關(guān)手冊中選取相應(yīng)的軸承，使所選軸承的C>C

?；蚧驕囟认禂?shù)ft工作溫度/℃≤120125150175200225250ft1.000.950.900.850.800.750.70載荷性質(zhì)fp舉例無沖擊或輕微沖擊1.0~1.2電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)及水泵等中等沖擊和振動(dòng)1.2~1.8車輛、機(jī)床、傳動(dòng)裝置、起重機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、冶金設(shè)備強(qiáng)大沖擊和振動(dòng)1.8~3.0破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、石油鉆機(jī)及工程機(jī)械等載荷系數(shù)fp當(dāng)量動(dòng)載荷式中，F(xiàn)R表示軸承徑向載荷，F(xiàn)A代表軸承軸向載荷，X為徑向系數(shù)，Y為軸向系數(shù)。12.4滾動(dòng)軸承靜載荷計(jì)算

對處于靜止、緩慢擺動(dòng)和低速轉(zhuǎn)動(dòng)工作狀態(tài)的軸承，其主要失效形式是滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈在接觸處產(chǎn)生較大的塑性變形。對于這種工作狀態(tài)下的軸承，一般按靜載荷選擇軸承尺寸。對于轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，如作用在軸承上的載荷變化較大，特別是沖擊載荷較大時(shí)，也應(yīng)進(jìn)行靜載荷計(jì)算。C0

S0P0

基本額定靜載荷C0是指受載最大的滾動(dòng)體和滾道接觸中心處的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值的載荷。對于向心軸承為徑向基本額定靜載荷C0r，對于推力軸承為軸向基本額定靜載荷C0a。

軸承的當(dāng)量靜載荷P0為P0

X0FR

Y0FA

X0、Y0分別為徑向和軸向靜載荷系數(shù)12.6滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)

為保證滾動(dòng)軸承正常工作，除了合理選擇軸承的類型和尺寸外，還應(yīng)正確地進(jìn)行軸承的組合設(shè)計(jì)，即必須合理地解決軸承的固定和配合、提高軸承系統(tǒng)的剛度、軸承的潤滑及密封等問題。12.6.1軸承的固定和調(diào)整為了保證軸和軸上零件有正確的工作位置，并能承受相應(yīng)的軸向載荷，必須固定軸承的軸向位置，同時(shí)還要考慮軸因受熱伸長后，不至于卡住滾動(dòng)體而影響軸的運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.常見軸的支承結(jié)構(gòu)形式

⑴兩端單向固定墊片a軸承間隙的調(diào)整

壓蓋螺母螺釘⑵一端固定、一端游動(dòng)

⑵一端固定、一端游動(dòng)

2.滾動(dòng)軸承的軸向固定

軸承內(nèi)圈的固定

采用軸肩單向固定采用軸肩和彈性擋圈雙向固定2.滾動(dòng)軸承的軸向固定

軸承內(nèi)圈的固定

采用軸肩和擋圈固定采用軸肩和軸端螺母固定

2.滾動(dòng)軸承的軸向固定

軸承外圈的固定

采用端蓋單向固定采用端蓋和凸肩雙向固定采用彈性擋圈和凸肩雙向固定固定3.軸向位置的調(diào)整

軸承組合位置調(diào)整的目的，是為了使軸上的零件(如齒輪、帶輪等)有準(zhǔn)確的工作位置。通?？刹捎脡|片進(jìn)行調(diào)整。錐頂點(diǎn)不重合軸向位置的調(diào)整錐頂點(diǎn)重合12.6.2保證支承的剛度和同軸度

軸和安裝支承的軸承座或機(jī)座必須要有足夠的剛度，否則會(huì)造成零件的變形使?jié)L動(dòng)體運(yùn)動(dòng)受阻，影響旋轉(zhuǎn)精度，并且容易損壞軸承。因此軸承座應(yīng)有足夠的壁厚，或采用加強(qiáng)筋以增加剛度。加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋

同一軸上各軸承座孔必須保證要求的同軸度，否則軸安裝后會(huì)產(chǎn)生較大變形，從而影響軸承運(yùn)轉(zhuǎn)效果。為了保證同軸度，應(yīng)盡可能將兩支點(diǎn)處的軸承孔一次鏜好，因此，兩支點(diǎn)處的軸承外徑必須一樣大。如果兩支點(diǎn)處的軸承外徑不等，可以采用軸承套筒進(jìn)行補(bǔ)償，使兩軸承孔一樣大。如果同軸度不能保證時(shí)，應(yīng)采用調(diào)心軸承。12.6.3滾動(dòng)軸承的配合與裝拆

1.滾動(dòng)軸承的配合

滾動(dòng)軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸以及外圈與軸承座孔的配合。軸承配合的選擇一般是根據(jù)軸承的類型、尺寸、載荷、內(nèi)、外圈(總稱套圈)是否轉(zhuǎn)動(dòng)來確定。由于滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為了便于互換及大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)圈孔與軸的配合采用基孔制，軸承外圈與軸承座孔(或軸承座)孔的配合則采用基軸制。

轉(zhuǎn)動(dòng)套圈應(yīng)比固定套圈的配合緊一些。一般情況下是內(nèi)圈隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈固定不轉(zhuǎn)，故內(nèi)圈與軸常取有過盈的過渡配合，如軸的公差采用k6、m6、n6；外圈與座孔常取較松的過渡配合，如座孔的公差采用H7、J7或Js7。當(dāng)軸承為游動(dòng)支承時(shí)，外圈與座孔應(yīng)取保證有間隙的配合，如座孔公差采用G7。2.滾動(dòng)軸承的裝拆

設(shè)計(jì)軸承組合時(shí)，應(yīng)考慮軸承的安裝和拆卸，以免在裝拆過程中損壞軸承和其它零件。軸承內(nèi)圈與軸的配合較緊，可采用壓力機(jī)在內(nèi)圈上施加壓力將軸承壓套到軸上。對于大尺寸軸承，裝配較為困難，可將軸承放在80~120C的油中加熱后進(jìn)行熱裝。

拆卸軸承時(shí)一般