機械基礎(chǔ) 課件 項目九 軸承的類型及選用

項目九軸承的類型及選用學(xué)習(xí)導(dǎo)航知識目標(biāo)：掌握滑動軸承的常用材料、結(jié)構(gòu)及非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計。掌握常用滾動軸承的類型和代號。掌握滾動軸承的壽命計算方法。掌握滾動軸承的組合設(shè)計。學(xué)習(xí)導(dǎo)航能力目標(biāo)：會選擇滑動軸承材料并設(shè)計滑動軸承。熟悉軸承類型代號的含義，合理選擇滾動軸承的類型。能夠通過計算滾動軸承的當(dāng)量動載荷來確定滾動軸承的壽命和軸承型號。能夠合理進(jìn)行滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計。項目九軸承的類型及選用任務(wù)一滾動軸承的分類任務(wù)二滾動軸承的壽命計算任務(wù)三滾動軸承的組合設(shè)計任務(wù)四滾動軸承的維護(hù)任務(wù)五滑動軸承簡介項目九軸承的類型及選用任務(wù)一滾動軸承的分類9.1.1滾動軸承的結(jié)構(gòu)9.1.2滾動軸承的特性和類型學(xué)習(xí)要點掌握滾動軸承的結(jié)構(gòu)、基本特性、類型、代號及應(yīng)用。9.1.3滾動軸承的代號9.1.1滾動軸承的結(jié)構(gòu)常見的滾動軸承一般山兩個套圈(即內(nèi)圈、外圈)、滾動體和保持架等基本元件組成，如圖所示。通常內(nèi)圈與軸頸相配合且隨軸一起轉(zhuǎn)動，外圈裝在機架的軸承座孔內(nèi)固定不動。當(dāng)內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體在內(nèi)外圈的滾道上滾動，保持架使?jié)L動體均勻分布并避免相鄰滾動體之間的接觸。滾動軸承的結(jié)構(gòu)動畫9.1.2滾動軸承的特性和類型滾動軸承的幾個基本特性1

(1)接觸角

滾動軸承中滾動體與外圈接觸處的法線和垂直于軸承軸心線平面的夾角α，稱為接觸角。

α越大，軸承承受軸向載荷的能力越大。滾動軸承的接觸角9.1.2滾動軸承的特性和類型滾動軸承的幾個基本特性1

(3)偏位角

軸承內(nèi)、外圈軸線相對傾斜時所夾銳角，稱為偏位角。能自動適應(yīng)偏位角的軸承，稱為調(diào)心軸承。

(4)極限轉(zhuǎn)速

滾動軸承在一定的載荷和潤滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速稱為極限轉(zhuǎn)速，其具體數(shù)值見有關(guān)手冊。滾動軸承的偏位角9.1.2滾動軸承的特性和類型滾動軸承的類型2

(1)按滾動體的形狀分，球軸承和滾子軸承兩大類。球軸承的滾動體是球形，承載能力和承受沖擊能力小。滾子軸承的滾動體形狀有圓柱滾子、圓錐滾子、鼓形滾子和滾針等。滾動體的形體9.1.2滾動軸承的特性和類型滾動軸承的類型2

(2)按滾動體的列數(shù)，滾動軸承又可分為單列、雙列及多列滾動軸承。

(3)按工作時能否調(diào)心可分為調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承。調(diào)心軸承允許的偏位角大。

(4)按承受載荷方向不同，可分為向心軸承和推力軸承兩類。

向心軸承：主要承受徑向載荷。其公稱接觸角α=0°的軸承稱為徑向接觸軸承；0°<α≤45°的軸承稱為角接觸向心軸承。推力軸承：主要承受軸向載荷。其公稱接觸角45°<α<90°的軸承稱為角接觸推力軸承，其中α=90°的軸承稱為軸向接觸軸承，也稱推力軸承。9.1.3滾動軸承的代號

代號舉例:

30210———表示圓錐滾子軸承，寬度系列代號為0，直徑系列代號為2，內(nèi)徑為50mm，公差等級為0級，游隙為0組。

LN207.P63———表示圓柱滾子軸承，外圈可分離，寬度系列代號為0（0在代號中省略），直徑系列代號為2，內(nèi)徑為35mm，公差等級為6級，游隙為3組。任務(wù)二滾動軸承的壽命計算9.2.1滾動軸承的失效形式和計算準(zhǔn)則9.2.2基本額定壽命和基本額定動載荷學(xué)習(xí)要點熟悉滾動軸承的失效形式和計算準(zhǔn)則，能夠通過計算滾動

軸承的當(dāng)量動載荷來確定滾動軸承的壽命和型號。9.2.3滾動軸承的壽命計算公式9.2.4滾動軸承的當(dāng)量動載荷計算9.2.5角接觸球軸承的軸向載荷9.2.6滾動軸承的靜強度計算9.2.1滾動軸承的失效形式和計算準(zhǔn)則滾動軸承的載荷分析1當(dāng)外圈不動而內(nèi)圈轉(zhuǎn)動時，滾動體既自轉(zhuǎn)又繞軸承的軸線公轉(zhuǎn)，于是內(nèi)、外圈與滾動體的接觸點位置不斷發(fā)生變化，套圈滾道與滾動體接觸表面上某點的接觸應(yīng)力也隨著做周期性的變化。滾動體與旋轉(zhuǎn)套圈受周期性變化的脈動循環(huán)接觸應(yīng)力作用，固定套圈上A點受最大的穩(wěn)定脈動循環(huán)接觸應(yīng)力作用。滾動軸承的載荷分析9.2.1滾動軸承的失效形式和計算準(zhǔn)則失效形式2

(1)疲勞點蝕：滾動體和套圈滾道在脈動循環(huán)的接觸應(yīng)力作用下，當(dāng)應(yīng)力值或應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過一定數(shù)值后，接觸表面會出現(xiàn)接觸疲勞點蝕。

(2)塑性變形：在過大的靜載荷或沖擊載荷的作用下，套圈滾道或滾動體可能會發(fā)生塑性變形。

(3)磨損：在潤滑不良、密封不可靠及多塵的情況下，滾動體或套圈滾道易產(chǎn)生磨粒磨損，高速時會出現(xiàn)熱膠合磨損，軸承過熱還將導(dǎo)致滾動體回火。另外，滾動軸承由于配合、安裝、拆卸及使用維護(hù)不當(dāng)，還會引起軸承元件破裂等其他形式的失效，也應(yīng)采取相應(yīng)的措施加以防止。9.2.1滾動軸承的失效形式和計算準(zhǔn)則計算準(zhǔn)則3

(1)對于一般轉(zhuǎn)速（nlim>n>10r/min）的軸承，疲勞點蝕為其主要的失效形式，應(yīng)進(jìn)行壽命計算。

(2)對于低速（n≤10r/min）重載或大沖擊條件下工作的軸承，其主要失效形式為塑性變形，應(yīng)進(jìn)行靜強度計算。

(3)對于高轉(zhuǎn)速的軸承，除疲勞點蝕外，膠合、磨損也是重要的失效形式，因此除應(yīng)進(jìn)行壽命計算外，還要校驗其極限轉(zhuǎn)速。9.2.2基本額定壽命和基本額定動載荷軸承壽命1在一定載荷作用下，滾動軸承運轉(zhuǎn)到任一滾動體或套圈滾道上出現(xiàn)疲勞點蝕前，兩套圈相對運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)（圈數(shù)）或工作的小時數(shù)，稱為軸承壽命。基本額定壽命2一批相同的軸承，在同樣的受力、轉(zhuǎn)速等常規(guī)條件下運轉(zhuǎn)，其中有10%的軸承發(fā)生疲勞點蝕破壞（90%的軸承未出現(xiàn)點蝕破壞）時，一個軸承所轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)（圈）數(shù)或工作的小時數(shù)稱為軸承的基本額定壽命。用符號L10（106r）或Lh（h）表示?；绢~定動載荷3基本額定動載荷是指基本額定壽命為L10=106r時，軸承所能承受的最大載荷，用字母C表示。基本額定動載荷越大，其承載能力也越大。9.2.3滾動軸承的壽命計算公式滾動軸承的基本額定壽命（以下簡稱為壽命）與承受的載荷有關(guān)，通過大量試驗獲得6207軸承基本額定壽命L10與載荷P的關(guān)系曲線如圖所示。滾動軸承的P-L10曲線9.2.4滾動軸承的當(dāng)量動載荷計算軸承的基本額定動載荷C是在一定的試驗條件下確定的，對向心軸承是指純徑向載荷，對推力軸承是指純軸向載荷。在進(jìn)行壽命計算時，需將作用在軸承上的實際載荷Fr

、Fa折算成與上述條件相當(dāng)?shù)妮d荷，即當(dāng)量動載荷P。

9.2.5角接觸軸承的軸向載荷角接觸軸承存在著接觸角α

，所以載荷作用線偏離軸承的寬度中心線，而與軸心線交于O點。當(dāng)受到徑向載荷FR

作用時，作用在承載區(qū)內(nèi)第i個滾動體上的法向力Fi

可分解為徑向分力Fri和軸向分力FSi

。各滾動體上所受軸向分力的總和即為軸承的內(nèi)部軸向力FS。角接觸軸承的內(nèi)部軸向力1角接觸軸承的內(nèi)部軸向力分析

9.2.5角接觸軸承的軸向載荷為了使角接觸球軸承能正常工作，一般這種軸承都要成對使用，并將兩個軸承對稱安裝。常見有兩種安裝方式：圖所示為外圈窄邊相對安裝，稱為正裝或面對面安裝;圖所示為兩外圈寬邊相對安裝，稱為反裝或背靠背安裝。角接觸軸承軸向力Fa

的計算2為外圈窄邊相對安裝兩外圈寬邊相對安裝9.2.6滾動軸承的靜強度計算基本額定靜載荷C01軸承兩套圈間相對轉(zhuǎn)速為零，使受最大載荷滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值時的靜載荷，稱為滾動軸承的基本額定靜載荷C0（向心軸承稱為徑向基本額定靜載荷C0r

，推力球軸承稱為軸向基本額定靜載荷C0a

）9.2.6滾動軸承的靜強度計算當(dāng)量靜載荷P02當(dāng)量靜載荷P0是指承受最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，引起與實際載荷條件下相當(dāng)?shù)慕佑|應(yīng)力時的假想靜載荷。其計算公式為P0=X0

Fr+Y0

Fa靜強度計算3軸承的靜強度計算式為C0≥S0P0

任務(wù)三滾動軸承的組合設(shè)計9.3.1滾動軸承的軸向固定9.3.2軸承組合的調(diào)整學(xué)習(xí)要點掌握滾動軸承的軸向固定方式、間隙調(diào)整方法和預(yù)緊方法，合理進(jìn)行滾動軸承的組成設(shè)計。9.3.3支承部位的剛度和同軸度9.3.4滾動軸承的配合9.3.5滾動軸承的安裝與拆卸9.3.6滾動軸承的潤滑和密封9.3.1滾動軸承的軸向固定兩端單向固定1兩端單向固定9.3.1滾動軸承的軸向固定一端雙向固定、一端游動2兩端單向固定9.3.1滾動軸承的軸向固定兩端游動式3兩端游動的軸系9.3.1滾動軸承的軸向固定兩端游動式3單個軸承的軸向定位與固定9.3.2軸承組合的調(diào)整軸承間隙的調(diào)整1利用壓蓋調(diào)整軸承的間隙為保證軸承正常工作，裝配軸承時一般要留出適當(dāng)?shù)拈g隙或游隙。常用的調(diào)整軸承間隙的方法有：

(1)靠增減端蓋與箱體結(jié)合面間墊片的厚度進(jìn)行調(diào)整。

(2)利用端蓋上的調(diào)節(jié)螺釘改變可調(diào)壓蓋及軸承外圈的軸向位置來實現(xiàn)調(diào)整，調(diào)整后用螺母鎖緊防松。這種方式適于軸向力不太大的場合。9.3.2軸承組合的調(diào)整滾動軸承的預(yù)緊2利用壓蓋調(diào)整軸承的間隙在軸承安裝以后，使?jié)L動體和套圈滾道間處于適當(dāng)?shù)妮S向預(yù)壓緊狀態(tài)，稱為滾動軸承的預(yù)緊。預(yù)緊的目的在于提高軸的支承剛度和旋轉(zhuǎn)精度。成對并列使用的圓錐滾子軸承、角接觸球軸承及對旋轉(zhuǎn)精度和剛度有較高要求的軸系通常都采用預(yù)緊方法。9.3.2軸承組合的調(diào)整軸承組合位置的調(diào)整3軸承組合位置的調(diào)整軸承組合位置調(diào)整的日的，是使軸上的零件(如齒輪等)處于準(zhǔn)確的軸向工作位置上，通常用墊片調(diào)整。如圖所示為圓錐齒輪軸承的組合結(jié)構(gòu)，套杯與機座之間的墊片用來調(diào)整軸系的軸向位置，圓螺母用來調(diào)整軸承間隙。9.3.3支承部位的剛度和同軸度為保證支承部位的剛度，軸承座孔壁應(yīng)有足夠的厚度，并設(shè)置如圖所示的加強肋以增強支承剛度。為保證兩端軸承座孔的同軸度，箱體上同一軸線的兩個軸承座孔應(yīng)一次鏗出。支撐部位的剛度和同軸度9.3.4滾動軸承的配合滾動軸承的配合是指軸承內(nèi)圈與軸頸、外圈與軸承座孔的配合。因為滾動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，軸承內(nèi)孔與軸頸的配合采用基孔制，軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制。一般說來，轉(zhuǎn)動圈（通常是內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)動）的轉(zhuǎn)速越高，載荷越大，工作溫度越高，則內(nèi)圈與軸頸應(yīng)采用越緊的配合;而外圈與座孔間（特別是需要做軸向游動或經(jīng)常裝拆的場合）常采用較松的配合。9.3.5滾動軸承的安裝與拆卸

(1)冷壓法用專用壓套壓裝軸承，如圖所示。

(2)熱裝法將軸承放入油池或加熱爐中加熱至80~100°C，然后套裝在軸上。軸承的安裝1軸承的安裝與拆卸9.3.5滾動軸承的安裝與拆卸軸承的拆卸2結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤示例9.3.5滾動軸承的安裝與拆卸軸承的拆卸2軸承的安裝與拆卸9.3.6滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的潤滑1接觸式密封滾動軸承潤滑的主要目的是減少摩擦與磨損，同時也有吸振、冷卻、防銹和密封等作用。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩種。9.3.6滾動軸承的潤滑和密封滾動軸承的密封2非接觸式密封滾動軸承密封的作用是防止外界灰塵、水分等進(jìn)入軸承，并阻止軸承內(nèi)潤滑劑流失。密封方法可分為接觸式密封和非接觸式密封兩大類。

(1)冷壓法用專用壓套壓裝軸承，如圖所示。

(2)熱裝法將軸承放入油池或加熱爐中加熱至80~100°C，然后套裝在軸上。軸承的安裝1軸承的安裝與拆卸任務(wù)四滾動軸承的維護(hù)軸承的安裝1軸承的安裝與拆卸任務(wù)四滾動軸承的維護(hù)軸承的拆卸2結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤示例任務(wù)四滾動軸承的維護(hù)任務(wù)五滑動軸承簡介9.5.1滑動軸承的結(jié)構(gòu)9.5.2軸瓦的結(jié)構(gòu)和滑動軸承的材料學(xué)習(xí)要點掌握非液體膜材滑動軸承的工作原理和常用材料。能夠進(jìn)行徑向滑動軸承的設(shè)計計算。了解滑動軸承的潤滑方法。9.5.3非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計計算9.5.4滑動軸承的潤滑任務(wù)五滑動軸承簡介工作時軸承和軸頸的支承面間形成直接或間接接觸摩擦的軸承，稱為滑動軸承。根據(jù)軸承所能承受的載荷方向不同，滑動軸承可分為向心滑動軸承和推動滑動軸承。向心滑動軸承用于承受徑向載荷，推動滑動軸承用于承受軸向載荷。滑動軸承原理及摩擦狀態(tài)9.5.1滑動軸承的結(jié)構(gòu)整體式滑動軸承1整體式滑動軸承是在機體上、箱體上或整體的軸承座上直接鏜出軸承孔，并在孔內(nèi)鑲?cè)胼S套。優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、成本低。缺點:軸頸只能從端部裝入，安裝和維修不便，而且軸承磨損后不能調(diào)整間隙，只能更換軸套。整體式滑動軸承9.5.1滑動軸承的結(jié)構(gòu)剖分式滑動軸承2在軸承座和軸承蓋的剖分面上制有階梯形的定位止口，便于安裝時對心。還可在剖分面間放置調(diào)整墊片，以便安裝或磨損時調(diào)整軸承間隙。這種軸承裝拆方便，又能調(diào)整間隙，克服了整體式軸承的缺點，得到了廣泛的應(yīng)用。剖分式滑動軸承9.5.1滑動軸承的結(jié)構(gòu)調(diào)心式滑動軸承3當(dāng)軸頸較寬（寬徑比B/d>1.5）、變形較大或不能保證兩軸孔軸線重合時，將引起兩端軸套嚴(yán)重磨損，這時就應(yīng)采用調(diào)心式滑動軸承。利用球面支承，自動調(diào)整軸套的位置，以適應(yīng)軸的偏斜。調(diào)心式滑動軸承9.5.1滑動軸承的結(jié)構(gòu)推力滑動軸承4推力滑動軸承推力滑動軸承用于承受軸向載荷。常見的推力軸頸形狀實心端面止推軸頸由于工作時軸心與邊緣磨損不均勻，以致軸心部分壓強極高，所以很少采用。空心端面止推軸頸和環(huán)狀軸頸工作情況較好。載荷較大時，可采用多環(huán)軸頸。9.5.2軸瓦的結(jié)構(gòu)和滑動軸承的材料軸瓦的結(jié)構(gòu)1軸瓦的結(jié)構(gòu)常用的軸瓦有整體式和剖分式兩種結(jié)構(gòu)。整體式軸承采用整體式軸瓦，整體式軸瓦又稱為軸套。剖分式軸承采用剖分式軸瓦。9.5.2軸瓦的結(jié)構(gòu)和滑動軸承的材料軸瓦的結(jié)構(gòu)1推力滑動軸承軸瓦可以由一種材料制成，也可以在高強度材料的軸瓦基體上澆注一層或兩層軸承合金作為軸承襯，稱為雙金屬軸瓦或三金屬軸瓦。為了使軸承襯與軸瓦基體結(jié)合牢固，可在軸瓦基體內(nèi)表面或側(cè)面制出溝槽。9.5.2軸瓦的結(jié)構(gòu)和滑動軸承的材料軸瓦的結(jié)構(gòu)1油溝形式

(1)油溝的軸向長度應(yīng)比軸瓦長度短，大約應(yīng)為軸瓦長度的80%，不能沿軸向完全開通，以免油從兩端大量泄漏，影響承載能力。

(2)油孔和油溝應(yīng)開在非承載區(qū)，以保證承載區(qū)油膜的連續(xù)性。9.5.2軸瓦的結(jié)構(gòu)和滑動軸承的材料軸承的材料2軸承材料是指與軸頸直接接觸的軸瓦或軸承襯的材料。對其材料的主要要求是：

(1)具有足夠的抗壓、抗疲勞和抗沖擊能力。

(2)具有良好的減摩性、耐磨性和磨合性，抗粘著磨損和磨粒磨損性能較好。

(3)具有良好的順應(yīng)性和嵌藏性，具有補償對中誤差和其他幾何誤差及容納硬屑粒的能力。

(4)具有良好的工藝性、導(dǎo)熱性及抗腐蝕性能等。9.5.3非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計計算徑向滑動軸承的設(shè)計計算1

(1)驗算平均壓強p

為防止軸頸與軸瓦間的潤滑油被擠出而發(fā)生過度磨損，應(yīng)限制軸承的壓強p。徑向滑動軸承的承載情況如圖所示。徑向滑動軸承的承載情況9.5.3非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計計算徑向滑動軸承