機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課件 模塊10 軸承零件分析與設(shè)計

模塊10軸承零件分析與設(shè)計單元10.1滑動軸承分析與設(shè)計單元10.2滾動軸承分析與設(shè)計模塊10軸承零件分析與設(shè)計【學(xué)習(xí)目標(biāo)】學(xué)習(xí)軸承摩擦狀態(tài)的分類，學(xué)習(xí)滑動軸承的分類以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)習(xí)不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計方法；學(xué)習(xí)滾動軸承的組成、類型及特點(diǎn)，學(xué)習(xí)滾動軸承的工作能力計算，學(xué)習(xí)滾動軸承的組合設(shè)計方法。完成滑動軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計；完成滾動軸承的壽命進(jìn)行計算?！局R要點(diǎn)】（1）滑動軸承的分類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；（2）滑動軸承的材料、軸瓦的結(jié)構(gòu)；（3）不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計計算；（4）滾動軸承的組成、類型及特點(diǎn)、常用滾動軸承的類型、代號及特性；（5）影響軸承承載能力的參數(shù)（包括游隙、極限轉(zhuǎn)速、偏位角、接觸角）、滾動軸承類型的選擇；（6）滾動軸承的工作能力計算、滾動軸承的失效形式和計算準(zhǔn)則；（7）滾動軸承的壽命計算、基本額定壽命、基本額定的載荷、當(dāng)量動載荷；（8）角接觸軸承的軸向載荷、滾動軸承的靜強(qiáng)度計算；（9）滾動軸承的組合設(shè)計。單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計10.1.1滑動軸承工作原理1.

軸承簡介支承軸及軸上零件，保持軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損。

根據(jù)工作時摩擦性質(zhì)不同，軸承分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。

當(dāng)軸承與軸頸工作表面完全被潤滑油膜分隔而不直接接觸時，軸承的摩擦成為液體摩擦狀態(tài)，這種軸承稱為液體摩擦軸承。若軸頸與軸承表面間雖有潤滑油，但未能將接觸表面完全分隔，仍有局部的波峰接觸時，稱非液體摩擦軸承。2.

滑動摩擦的類型3.

滑動摩擦的承載機(jī)理和設(shè)計中的基本問題滑動軸承的工作原理是在支承的運(yùn)動件和承導(dǎo)件之間形成一層流體（氣或油）膜，當(dāng)運(yùn)動件轉(zhuǎn)動時，在流體膜的各層之間產(chǎn)生摩擦阻力，流體將運(yùn)動件和承導(dǎo)件分開。相對滑動表面要保持應(yīng)有的潤滑狀況，除了保證正確的設(shè)計外，還要保證正確的潤滑。在滑動軸承的設(shè)計中，主要包括：選定軸承的摩擦類型，決定其結(jié)構(gòu)形式，選擇軸瓦結(jié)構(gòu)和材料，確定軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定潤滑劑與潤滑方式，軸承承載能力的校核與計算等基本問題。單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計10.1.2滑動軸承的分類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.滑動軸承的分類滑動軸承的分類方法很多，按所承受載荷方向不同，可分為：向心滑動軸承—承受徑向載荷；推力滑動軸承—承受軸向載荷；向心推力滑動軸承—承受徑向、軸向聯(lián)合載荷。按滑動軸承是否可以剖分又可分為整體式和剖分式。單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計2.滑動軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）整體式滑動軸承整體式徑向滑動軸承。這種軸承分為有軸套和無軸套兩種。軸套壓裝在軸承座中，并加止動螺釘以防相對運(yùn)動。軸承座的頂部設(shè)有裝有油杯的螺絲孔。軸承用螺栓固定在機(jī)架上。這種軸承結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低，但軸必須從軸承端部裝入，裝配不便，且軸承磨損后徑向間隙不能調(diào)整，故多用于低速、輕載及間歇工作的地方，如絞車、手搖起重機(jī)等。整體式滑動軸承單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計（2）剖分式滑動軸承剖分式滑動軸承。由軸承座、軸承蓋、剖分式軸瓦、潤滑裝置和連接螺栓等組成。軸承座和軸承蓋用止口定位和防止軸向移動；通過改變軸承座和軸承蓋的間隙中的墊片來調(diào)整軸承蓋的位置以夾緊軸瓦。裝拆這種軸承時，軸不需軸向移動，故裝拆方便，被廣泛地應(yīng)用。軸承剖分面最好與載荷方向垂直。一般剖分面是水平的或傾斜45o角，以適應(yīng)不同徑向載荷方向的要求。剖分式滑動軸承單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計（3）調(diào)心式滑動軸承調(diào)心式徑向滑動軸承。當(dāng)安裝有誤差或軸的彎曲變形較大時，軸承兩端會產(chǎn)生接觸磨損，因此對于較長的軸，軸的撓度較大不能保證兩軸承孔的同軸度時，常采用調(diào)心軸承，調(diào)心軸承又稱自位軸承。這種軸承的軸瓦和軸承體之間采用球面配合。球面位于軸頸軸線上。軸瓦能隨軸的彎曲變形沿任意方向轉(zhuǎn)動以適應(yīng)軸頸的偏斜，可避免軸承端部的載荷集中和過度磨損。單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計（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如圖10-5所示。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(qiáng)極高，所以很少采用?？招亩嗣嬷雇戚S頸和環(huán)狀軸頸的工作情況較好。載荷較大時，可采用多環(huán)軸頸。

（a）實心式

（b）空心式

（c）單環(huán)式

（d）

多環(huán)式圖10-5推力滑動軸承單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計10.1.3

滑動軸承的材料和軸瓦的結(jié)構(gòu)1.

滑動軸承的材料軸承材料是指與軸頸直接接觸的軸瓦或軸承襯的材料。對滑動軸承材料的要求有：具有足夠的抗壓、抗疲勞和抗沖擊能力；良好的耐磨性和磨合性；良好的順應(yīng)性和嵌藏性；良好的工藝性、導(dǎo)熱性及抗腐蝕性能等?；瑒虞S承的常用材料主要有金屬材料、粉末冶金材料和非金屬材料。金屬材料又主要有軸承合金、青銅和鑄鐵。（1）軸承合金軸承合金（又稱巴氏合金）。主要是錫、鉛、銻、銅的合金。由于其耐磨性、塑性、跑合性、導(dǎo)熱與吸附油的性能都好，故用于高速、重載或中速、中載的情況。但強(qiáng)度低，價格高，故通常作為軸承襯材料澆注在青銅、鋼或鑄鐵的軸瓦表面上。（2）青銅青銅主要有錫青銅、鉛青銅和鋁青銅。青銅類材料強(qiáng)度高、耐磨和導(dǎo)熱性好，但跑合性略差。錫青銅和鉛青銅適于中速、重載軸承，鋁青銅適于低速、重載軸承。單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計（3）鑄鐵鑄鐵主要是灰鑄鐵和耐磨鑄鐵，如HT150、HT200、HT250等。鑄鐵類材料的塑性和跑合性差，但價格低廉，適用于低速、輕載等不重要場合的使用。（4）粉末冶金材料粉末冶金材料由金屬粉末和石墨高溫?zé)Y(jié)成型，是一種多孔結(jié)構(gòu)金屬合金材料。主要用于輕載、低速且不易經(jīng)常添加潤滑劑的場合。（5）非金屬材料非金屬材料主要是塑料、橡膠、石墨、尼龍等材料以及一些合成材料，其特點(diǎn)是成本低，對潤滑無要求，易成型，抗振動。在家電、輕工、玩具、小型食品機(jī)械中使用較為廣泛。單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計2.

軸瓦的結(jié)構(gòu)常用的軸瓦結(jié)構(gòu)有整體式和剖分式兩類。

整體式

整體式軸承采用整體式軸瓦，整體式軸瓦又稱軸套，分為光滑軸套和帶縱向油槽軸套兩種。

（a）光滑軸套（b）帶縱向油槽軸套整體式軸瓦單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計為了使?jié)櫥湍芫鶆蛄鞯秸麄€工作表面上，軸瓦上要開出油溝，油溝和油孔應(yīng)開在非承載區(qū)，以保證承載區(qū)油膜的連續(xù)性。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露，影響承載能力。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。圖10-7所示為幾種常見的油溝形式。

（a）

（b）

（c）圖10-7油溝形式單元10.1滑動軸承的分析與設(shè)計軸瓦可由一種材料制成，也可在高強(qiáng)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，如圖10-8所示。（a）（b）（c）圖10-8瓦背內(nèi)壁溝槽單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計10.2.1滾動軸承的組成、類型及特點(diǎn)1.

滾動軸承的組成滾動軸承一般由內(nèi)圈1、外圈2，滾動體3和保持架4組成，如圖10-10所示。內(nèi)圈裝在軸頸，外圈裝在機(jī)座或零件的軸承孔內(nèi)。多數(shù)情況下，外圈不動，內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)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動體均勻分布并減少滾動體之間的碰撞和磨損。圖10-10滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計常見的滾動體有6種形狀，如圖12-10所示。圖10-11滾動體的種類滾動軸承的內(nèi)、外圈和滾動體一般采用專用的滾動軸承鋼制造，如GCr9、GCr15、GCr15SiMn等，保持架則常用較軟的材料如低碳鋼板經(jīng)沖壓而成，或用銅合金、塑料等制成。滾動軸承具有摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、旋轉(zhuǎn)精度高、潤滑簡便和裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器和機(jī)構(gòu)中。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計2.

滾動軸承的類型和特點(diǎn)（1）按承受載荷方向或公稱接觸角的不同，可分為向心軸承和推力軸承（見表10-1）。表中的α為滾動體與套圈接觸處的公法線與軸承徑向平面（垂直于軸承軸心線的平面）之間的夾角，稱為公稱接觸角。表10-1各類軸承的公稱接觸角向心軸承：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。接觸角越大，承受軸向載荷的能力也越大。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°的稱為軸向接觸軸承，也稱為推力軸承。接觸角越大，承受徑向載荷的能力越小，承受軸向載荷的能力也越大，軸向推力軸承只能承受軸向載荷。

單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（2）按滾動體的形狀分為球軸承和滾子軸承球軸承的滾動體與滾道表面的接觸為點(diǎn)接觸，承載能力和承受沖擊能力小，但高速性能好。滾子軸承的滾動體與滾道表面的接觸為線接觸，承載能力和承受沖擊能力大。（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）按公差等級可分為0、6、5、4、2級滾動軸承，其中2級精度最高，0級為普通級。另外還有只用于圓錐滾子軸承的6x公差等級。（5）按滾動體的列數(shù)可分為單列、雙列及多列滾動軸承。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計表10-2常用滾動軸承的類型、代號及特性簡表單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（續(xù)表）單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（續(xù)表）單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計10.2.2滾動軸承的代號表10-3滾動軸承代號的構(gòu)成滾動軸承的類型很多，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，規(guī)定了滾動軸承的代號。我國滾動軸承的代號由基本代號、前置代號和后置代號組成，其構(gòu)成見表10-3?；敬枴硎据S承的類型與尺寸等主要特征；后置代號——表示軸承的精度與材料的特征；前置代號——表示軸承的分部件。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計1.

基本代號基本代號表示軸承的類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是軸承代號的基礎(chǔ)?；敬栍奢S承類型代號、尺寸系列代號和內(nèi)徑代號三部分構(gòu)成。（1）類型代號用數(shù)字或字母表示，其表示方法見表10-4。表10-4一般滾動軸承類型代號單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（2）尺寸系列代號尺寸系列代號由軸承的寬（推力軸承指高）度系列代號和直徑系列代號組成。各用一位數(shù)字表示。軸承的寬度系列代號指：內(nèi)徑相同的軸承，對向心軸承，配有不同的寬度尺寸系列。軸承寬度系列代號有8、0、1、2、3、4、5、6，寬度尺寸依次遞增。對推力軸承，配有不同的高度尺寸系列，代號有7、9、1、2，高度尺寸依次遞增。在GB/T272-93規(guī)定的有些型號中，寬度系列代號被省略。軸承的直徑系列代號指：內(nèi)徑相同的軸承配有不同的外徑尺寸系列。其代號有7、8、9、0、1、2、3、4、5，外徑尺寸依次遞增。直徑系列對比（3）內(nèi)徑代號單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計2.

前置代號前置代號用字母表示成套軸承的分部件。前置代號及其含義可參閱GB/T272-2017。3.

后置代號軸承的后置代號用字母（或加數(shù)字）等表示。后置代號的內(nèi)容很多，下面介紹幾種常用的后置代號。（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號用字母表示，緊跟在基本代號后面。如接觸角α=15°、25°和40°的角接觸球軸承分別用C、AC和B表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。密封、防塵與外部形狀變化代號。如“-Z”表示軸承一面帶防塵蓋；“N”表示軸承外圈上止動槽。（2）軸承的公差等級分為2、4、5、6、6X和0級，共6個級別，精度依次降低。其代號分別為/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X和/P0。公差等級中，6X級僅適用于圓錐滾子軸承；0級為普通級，在軸承代號中省略。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（3）軸承的游隙分為1、2、0、3、4和5組，共6個游隙組別，游隙依次由小到大。常用的游隙組別是0游隙組，在軸承代號省略，其余的游隙組別在軸承代號中分別用符號/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。（4）實際應(yīng)用的滾動軸承類型是很多的，相應(yīng)的軸承代號也是比較復(fù)雜的。以上介紹的代號是軸承代號中最基本、最常用的部分，熟悉了這部分代號，就可以識別和查選常用的軸承。關(guān)于滾動軸承詳細(xì)的代號方法可查閱GB/T272-1993。代號舉例：6308——表示內(nèi)徑為40mm，深溝球軸承，尺寸系列代號為03，正常結(jié)構(gòu)，0級公差，0組游隙。7211C/P5——表示內(nèi)徑為55mm，角接觸球軸承，尺寸系列代號為02，接觸角α=15°，5級公差，0組游隙。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（2）極限轉(zhuǎn)速滾動軸承在一定載荷和潤滑條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速稱為極限轉(zhuǎn)速。滾動軸承轉(zhuǎn)速過高會使摩擦面間產(chǎn)生高溫，使?jié)櫥?，從而?dǎo)致滾動體退火或膠合而產(chǎn)生破壞。各類軸承極限轉(zhuǎn)速數(shù)值可查軸承手冊。10.2.3滾動軸承類型的選擇1.

影響軸承承載能力的參數(shù)（1）游隙滾動體與內(nèi)、外圈滾道之間的最大間隙稱為軸承的游隙。如圖10-12所示，將一套圈固定，另一套圈沿徑向的最大移動量稱為徑向游隙，沿軸向的最大移動量稱為軸向游隙。游隙的大小對軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、壽命、噪聲、溫升等有很大影響，應(yīng)按使用要求進(jìn)行游隙的選擇或調(diào)整。圖10-12滾動軸承的游隙單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（3）偏位角安裝誤差或軸的變形等都會引起軸承內(nèi)外圈中心線發(fā)生相對傾斜，其傾斜角θ稱為偏位角，如圖10-13所示。（4）接觸角接觸角α越大，軸承承受軸向載荷的能力越大。圖10-13滾動軸承的偏位角單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計2.

滾動軸承類型的選擇選用滾動軸承時，首先是選擇軸承類型。選擇軸承類型應(yīng)考慮的因素很多，如軸承所受載荷的大小、方向及性質(zhì)；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；調(diào)心性能要求；經(jīng)濟(jì)性及其他特殊要求等。（1）載荷條件軸承承受載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。如載荷小而又平穩(wěn)時，可選球軸承；載荷大又有沖擊時，宜選推力軸承。軸承同時受徑向和軸向載荷時，選用角接觸軸承，軸向載荷越大，應(yīng)選擇接觸角越大的軸承，必要時也可選用徑向軸承和推力軸承的組合結(jié)構(gòu)。應(yīng)該注意推力軸承不能承受徑向載荷，圓柱滾子軸承不能承受軸向載荷。（2）軸承的轉(zhuǎn)速若軸承的尺寸和精度相同，則球軸承的極限轉(zhuǎn)速比滾子軸承高，所以當(dāng)轉(zhuǎn)速較高且旋轉(zhuǎn)精度要求較高時，應(yīng)選用球軸承。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速較高，而軸向載荷不大時，可采用角接觸球軸承或深溝球軸承。對高速回轉(zhuǎn)的軸承，為減小滾動體施加于外圈滾道的離心力，宜選用外徑和滾動體直徑較小的軸承。若工作轉(zhuǎn)速超過軸承的極限轉(zhuǎn)速，可通過提高軸承的公差等級、適當(dāng)加大其徑向游隙等措施來滿足要求。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（3）調(diào)心性能軸承內(nèi)、外圈軸線間的偏位角應(yīng)控制在極限值之內(nèi)，見表12-4。否則會增加軸承的附加載荷而降低其壽命。對于剛度差或安裝精度差的軸系，軸承內(nèi)、外圈軸線間的偏位角較大，宜選用調(diào)心類軸承，如調(diào)心球軸承（1類）、調(diào)心滾子軸承（2類）等。（4）允許的空間當(dāng)軸向尺寸受到限制時，宜選用窄或特窄的軸承。當(dāng)徑向尺寸受到限制時，宜選用滾動體較小的軸承。如要求徑向尺寸小而徑向載荷又很大，可選用滾針軸承。（5）裝調(diào)性能圓錐滾子軸承（3類）和圓柱滾子軸承（N類）的內(nèi)外圈可分離，裝拆比較方便。（6）經(jīng)濟(jì)性在滿足使用要求的情況下應(yīng)盡可能選用價格低兼的軸承。一般情況下球軸承的價格低于滾子軸承。軸承的精度等級越高，其價格也越高。在同尺寸和同精度的軸承中深溝球軸承的價格最低。同型號、尺寸，不同公差等級的深溝球軸承的價格比約為P0：P6：P5：P4：P2≈1：1.5：2：7：10。如無特殊要求，應(yīng)盡量選用普通級精度軸承，只有對旋轉(zhuǎn)精度有較高要求時，才選用精度較高的軸承。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計10.2.4滾動軸承的工作能力計算1.

滾動軸承的失效形式和計算準(zhǔn)則（1）滾動軸承的受載情況分析以深溝球軸承為例進(jìn)行分析。如圖10-14所示，當(dāng)軸承受徑向載荷Fr作用時，上半圈滾動體不受載，而下半圈各滾動體承受的載荷各不相同，處于作用線最低位置的滾動體所受載荷最大，通過理論分析可知F0≈(5/z)Fr。式中z為滾動體的數(shù)目。處于作用線兩邊位置的各滾動體，其承載逐漸減小。隨著軸承內(nèi)圈相對于外圈的轉(zhuǎn)動，滾動體也隨著運(yùn)動。軸承元件所受的載荷呈周期性變化，即各元件是在交變的接觸應(yīng)力下工作的。圖10-14滾動軸承的載荷分析單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（2）失效形式滾動軸承的失效形式主要有三種：疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形和磨損。疲勞點(diǎn)蝕

滾動體和套圈滾道在交變接觸應(yīng)力的作用下會發(fā)生表面接觸疲勞點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動和噪聲，回轉(zhuǎn)精度降低且工作溫度升高，使軸承失去正常的工作能力。疲勞點(diǎn)蝕是軸承的主要失效形式。塑性變形

在靜載荷或沖擊載荷作用下，滾動體和套圈滾道可能產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)凹坑，由此導(dǎo)致摩擦增大、運(yùn)動精度降低，產(chǎn)生震動和噪聲，導(dǎo)致軸承不能正常工作。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。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（3）計算準(zhǔn)則針對上述的主要失效形式，滾動軸承的計算準(zhǔn)則為：1）對于一般轉(zhuǎn)速（nlim＞n＞10r/min）的軸承，疲勞點(diǎn)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(qiáng)度計算。3）對于高轉(zhuǎn)速的軸承，除疲勞點(diǎn)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。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計2.

滾動軸承的壽命計算軸承壽命①在一定載荷作用下，滾動軸承運(yùn)轉(zhuǎn)到任一滾動體或套圈滾道上出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前，兩套圈相對運(yùn)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?；绢~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(yùn)轉(zhuǎn)，其中有10%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕破壞（90%的軸承未出現(xiàn)點(diǎn)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?；绢~定動載荷越大，其承載能力也越大。（1）基本額定壽命和基本額定的載荷單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（2）滾動軸承的壽命計算公式滾動軸承的壽命與承受的載荷有關(guān)，圖示為在大量試驗基礎(chǔ)上得出的代號6207軸承的載荷—壽命曲線，該曲線表示這類軸承的載荷P與基本額定壽命L10之間的關(guān)系。對于其它型號的軸承，也有與上述曲線的函數(shù)規(guī)律完全一樣的載荷—壽命曲線。把此曲線用公式表示為滾動軸承的L-P曲線式中L10的單位為106r。ε為指數(shù)。對于球軸承，ε=3；對于滾子軸承，ε=10/3。實際計算時，常用小時數(shù)表示壽命。則上式改寫為單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計當(dāng)軸承的工作溫度高于100oC時，其基本額定動載荷C的值將降低，需引入溫度系數(shù)fT進(jìn)行修正，得出軸承基本額定壽命計算公式為根據(jù)上式可整理出確定軸承型號公式為式中：

Lh——軸承的基本額定壽命（h）；n——軸承轉(zhuǎn)速（r/min）；ε——軸承壽命指數(shù)；C——基本額定動載荷（N）；C′——所需軸承的基本額定動載荷（N）；P——當(dāng)量動載荷（N）；fT——溫度系數(shù)（表12-7）；[Lh]——軸承的預(yù)期使用壽命（h）。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計3.滾動軸承的當(dāng)量動載荷滾動軸承的基本額定動載荷是在一定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下確定的，如載荷條件：向心軸承僅承受純徑向載荷Fr,推力軸承僅承受純軸向載荷Fa，實際上，軸承常常同時承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa。因此，在進(jìn)行壽命計算時，必須把實際載荷轉(zhuǎn)換為與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的載荷，即當(dāng)量動載荷，以P表示，其計算公式為P=XFr+YFa式中，X、Y分別為徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)。考慮到實際工作中，還會出現(xiàn)附加載荷，如沖擊力、不平衡作用力、慣性力等等。計及這些影響，需引入載荷系數(shù)fp進(jìn)行修正，故軸承的當(dāng)量動載荷為：P=fp（XFr+YFa）

單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計4.角接觸軸承的軸向載荷（1）角接觸軸承的內(nèi)部軸向力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)存在著接觸角α，所以載荷中心不在軸承的寬度中點(diǎn)，而與軸心線交于O點(diǎn)，O點(diǎn)即為軸承實際支點(diǎn)，如圖10-15所示。當(dāng)其受到徑向載荷Fr作用時，作用在承載區(qū)內(nèi)的滾動體上的法向力F，可分解為徑向分力Fr和軸向分力Fso,各滾動體上所受的軸向分力之和即為軸承的內(nèi)部軸向力Fs，方向沿軸線由軸承外圈的寬邊指向窄邊。圖10-15角接觸球軸承中徑向載荷所產(chǎn)生的軸向分力單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（2）角接觸軸承軸向力Fa的計算為了使角接觸軸承能正常工作，通常采用兩個軸承成對使用，對稱安裝的方式。常見有兩種安裝方式：正裝和反裝，如圖10-16所示。正裝時外圈窄邊相對；反裝時外圈寬邊相對。因此在計算軸承所受的軸向載荷時，不但要考慮Fs與Fa的作用，還要考慮到安裝方式的影響。

(a)正裝（面對面）

(b)反裝（背對背）圖10-16角接觸軸承軸向載荷的分析單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計以正裝為例分析軸承上所承受的軸向載荷。FA為軸向外載荷，軸承I、軸承II所受內(nèi)部軸向力Fs1、Fs2。比較FA、Fs1和Fs2三者關(guān)系，會有下面兩種情況：第一種情況：Fs1+FA＞Fs2如圖12-18（a）所示，軸將有向右移動趨勢，軸承II被端蓋頂住而被壓緊，軸承II上將受一外力Fs2′，而軸承I則處于放松狀態(tài)。軸系若要正常工作，軸與軸承組件應(yīng)處于平衡狀態(tài)，則Fs1+FA=Fs2+s2′即Fs2′=Fs1+FA-Fs2。(a)Fs1+FA＞Fs2

圖10-17軸向力示意圖軸承II除受內(nèi)部軸向力Fs2的作用外，還受到軸向外力Fs2′的作用，而軸承I僅受自身的內(nèi)部軸向力Fs1的作用，則壓緊端軸承II所受的軸向載荷為Fa2=Fs2+Fs2′=Fs1+FA

放松端軸承I所受的軸向載荷為

Fa1=Fs1單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計第二種情況：Fs1+FA＜Fs2時，如圖10-17（b）所示，軸將有向左移動趨勢，則軸承I被壓緊，軸承II被放松，同上分析可得出：壓緊端軸承I所受的軸向載荷為Fa1=Fs1+Fs1′=Fs2-FA放松端軸承II所受的軸向載荷為

Fa2=Fs2(b)Fs1+FA＜Fs2圖10-17軸向力示意圖由此可總結(jié)出計算角接觸軸承軸向載荷的步驟如下：①

通過查表和分析安裝方式，得出軸承內(nèi)部軸向力Fs1和Fs2大小和方向。②

根據(jù)方向和大小比較FA、Fs1和Fs2三者關(guān)系，并判斷出軸承的壓緊端和放松端。③

壓緊端的軸向載荷Fa等于除去其本身的內(nèi)部軸向力外，所有軸向力的代數(shù)和（指向壓緊端為正）。④

放松端的軸向載荷Fa等于其本身的內(nèi)部軸向力Fs。設(shè)計實例單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計5.滾動軸承的靜強(qiáng)度計算對于緩慢擺動或低轉(zhuǎn)速（n<10r/min）的滾動軸承，其主要失效形式為塑性變形，應(yīng)按靜強(qiáng)度進(jìn)行計算確定軸承尺寸。對在重載荷或沖擊載荷作用下轉(zhuǎn)速較高的軸承，除按壽命計算外，為安全起見，也要再進(jìn)行靜強(qiáng)度驗算。（1）基本額定靜載荷C0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（向心和推力球軸承為4200MPa，滾子軸承為4000MPa）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，推力軸承稱為軸向基本額定靜載荷C0a）。各類軸承的C0值可由軸承標(biāo)準(zhǔn)中查得。實踐證明，在上述接觸應(yīng)力作用下所產(chǎn)生的塑性變形量，除了對那些要求轉(zhuǎn)動靈活性高和振動低的軸承外，一般不會影響其正常工作。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（2）當(dāng)量靜載荷P0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=X0Fr+Y0Fa（10-5）式中，X0、Y0分別為當(dāng)量靜載荷的徑向系數(shù)和軸向系數(shù)。若由式（10-5）計算出的P0<Fr，則應(yīng)取P0=Fr。（3）靜強(qiáng)度計算軸承的靜強(qiáng)度計算式為

C0≥S0P0式中，S0稱為靜強(qiáng)度安全系數(shù)，其值可查設(shè)計手冊。單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計10.2.5滾動軸承的組合設(shè)計1.滾動軸承的固定（1）兩端單向固定

（a）

(b)圖10-18兩端單向固定的軸承單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（2）一端雙向固定、一端游動(a)(b)圖10-19一端雙向固定、一端游動的軸系單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（3）兩端游動式圖10-20兩端游動的軸系單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計軸承在軸上一般用軸肩或套筒定位，軸承內(nèi)圈的軸向固定應(yīng)根據(jù)軸向載荷的大小選用圖10-21（a）所示的軸端擋圈、圓螺母、軸用彈性擋圈等結(jié)構(gòu)。軸承外圈則采用圖10-21（b）所示的軸承座孔的端面（止口）、孔用彈性擋圈、壓板、端蓋等形式固定。（a）軸端擋圈、圓螺母、軸用彈性擋圈（b）端蓋

圖10-21單個軸承的軸向定位與固定單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計2.

軸承組合的調(diào)整（1）軸承間隙的調(diào)整常用的調(diào)整軸承間隙的方法有：1）如圖10-18所示，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）如圖10-22所示，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。圖0-22利用壓蓋調(diào)整軸承間隙單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（2）滾動軸承的預(yù)緊在軸承安裝以后，使?jié)L動體和套圈滾道間處于適當(dāng)?shù)念A(yù)壓緊狀態(tài)，稱為滾動軸承的預(yù)緊。預(yù)緊的目的在于提高工作的剛度和旋轉(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。如圖10-23所示，常用的預(yù)緊方法有在套圈間加墊片并加預(yù)緊力、磨窄套圈并加預(yù)緊力。圖10-23軸承的預(yù)緊單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計（3）軸承組合位置的調(diào)整軸承組合位置調(diào)整的目的，是使軸上的零件如齒輪等具有準(zhǔn)確的軸向工作位置。圖10-24為圓錐齒輪軸承的組合結(jié)構(gòu)，套杯與機(jī)座之間的墊片1用來調(diào)整軸系的軸向位置，而墊片2則用來調(diào)整軸承間隙。圖10-24軸承組合位置的調(diào)整單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計3.

支承部位的剛度和同軸度為保證支承部分的剛度，軸承座孔壁應(yīng)有足夠的厚度，并設(shè)置如圖10-25（a）所示的加強(qiáng)肋以增強(qiáng)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)一次鏜出。如圖10-25（b）所示，若軸上裝有不同外徑尺寸的軸承時，可采用套杯式結(jié)構(gòu)，使兩端軸承座孔的直徑尺寸盡量相同，以便加工時一次鏜出兩軸承座孔。（a）

(b)圖10-25支承部位的剛度和同軸度單元10.2滾動軸承的分析與設(shè)計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)孔與軸徑的配合采用基孔制，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。軸頸公差帶常取n6、m6、k6、js6等；座孔的公差帶常用J7、J6、H7和G7等，具體選擇可參考有關(guān)的機(jī)械設(shè)計手冊。單元10.2滾動軸承