机械设计基础 陈远华第11章 轴承

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1、第11章 轴承,机器中的轴一般都用轴承支承，以减小轴与支承之间相对运动时的摩擦、磨损。按工作时摩擦性质的不同分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。滚动轴承摩擦阻力小、启动快、效率高、旋转精度高，而且已标准化，选用、润滑、维护等都很方便，因此在一般机器中得到广泛应用。和滚动轴承相比，滑动轴承亦有其独特的优点，如结构简单，制造方便，成本低；液体滑动轴承寿命长，精度高等。在不重要场合、低速重载、大冲击与振动、高速、高精度、径向尺寸受限或要求剖分结构（如曲轴轴承）等工作条件下，更能显示出它的优越性。,图11-1所示为货运卡车轮毂。轮毂的中心装有轴承，轴承与卡车前、后轴相

2、配合以支承整个汽车行驶，它是汽车正常工作的关键零件。,图11-1 汽车轮毂轴承,111滑动轴承的类型和典型结构,1111滑动轴承的分类 径向滑动轴承：主要用于承受径向载荷； 推力滑动轴承：主要用于承受轴向载荷。（如图11-2）,图11-2滑动轴承受载情况 1-轴瓦；2-轴颈,1112滑动轴承的主要结构形式 1径向滑动轴承 （1）整体式滑动轴承,图113整体式滑动轴承 1轴承座；2轴瓦；3紧定螺钉,（2）对开式滑动轴承,图11-4对开式滑动轴承 1-轴承座；2-轴承盖；3-上轴瓦；4-下轴瓦；5-螺栓,图115对开式斜滑动轴承,（3）调心式滑动轴承,图117调心式滑动轴承 1轴瓦；2轴承盖；3轴

3、承座,2推力滑动轴承 推力滑动轴承的结构简图如图11-8所示，由轴承座和轴颈组成。推力轴承的工作表面可以是轴的端面或轴上的环形平面。由于支承面上离中心越远处，相对滑动速度越大，磨损也越快。故实心轴颈端面上压力分布极不均匀，靠近中心处的压力很高。因此一般机器上大多采用空心轴颈或多环轴颈。,图11-8普通推力滑动轴承简图,1113滑动轴承的主要失效形式 1磨损 对于非液体摩擦轴承，工作时由于载荷的作用及两工作表面间的相对滑动摩擦，而产生不同程度的磨损，导致轴承间隙的增大，影响轴承的旋转精度，甚至使轴不能正常工作。即使是液体摩擦轴承，在启动、停车或载荷变化时也可能出现短暂的非液体摩擦状态，引起轴承的

4、磨损。 2胶合 当轴承受载过大、速度高且润滑不良时，摩擦加剧，发热过多，使轴瓦粘焊在轴颈表面上出现胶合现象。严重时将会烧坏轴承，甚至使轴承与轴颈粘结在一起，发生“抱轴”事故。,112滑动轴承轴瓦结构和材料,1121轴瓦的形式和构造 1.轴瓦 与滑动轴承的结构类型相对应，常用轴瓦也分为整体式和对开式两种结构。整体式轴瓦又称轴套，按材料及制法不同分为整体轴套和单层、双层或多层材料的卷制轴套。对开式轴瓦由上、下两半瓦组成，剖分面上常开有轴向油槽或油室。,图119整体式轴瓦,图1110对开式轴瓦,2轴瓦的定位 轴承工作时，不允许轴瓦在轴承座中发生轴向或周向移动，因此，轴瓦必须有可靠的轴向和周向定位。常

5、用的轴瓦定位方法有销钉定位，止动螺钉定位。,图1111销钉定位,图1112止动螺钉定位,3油孔及油槽 油孔用来供油，油槽则起着将润滑油尽可能均匀地导入到整个摩擦表面的作用。图11-13所示为几种常见的油槽形式。油槽长度大致为轴瓦长度的80，不能沿轴向完全开通，以免润滑油从两个端部大量流失。,图1113常见油槽形式,1122轴瓦及轴承衬材料 常用的轴承材料可分为三大类：金属材料，如轴承合金、钢合金、铝基合金和铸铁等；多孔质金属材料（粉末冶金材料）；非金属材料，如工程塑料、橡胶、硬木等。其性能见表11-1。,113滚动轴承的结构、主要类型和特性,11.3.1 滚动轴承的结构和特点 滚动轴承一般由外

6、圈1、内圈2、滚动体3和保持架4组成。,图11-14滚动轴承 1-外圈；2-内圈 3-滚动体；4-保持架,11.3.2 滚动轴承主要类型及其特性 1.滚动轴承的类型 按滚动体的形状可分为球轴承和滚子轴承。球形滚动体与内、外圈是点接触，运转时摩擦损耗少，承载能力和抗冲击能力弱：滚子滚动体与内、外圈是线接触，承载能力和抗冲击能力强，但运转时摩擦损耗大。按滚动体的列数，滚动轴承又分为单列、双列及多列。 滚动轴承的滚动体与外圈滚道接触点的法线和轴承径向平面的夹角，称为轴承公称接触角。 按轴承所承受载荷的方向或公称接触角的不同，滚动轴承可分为两种： （1）向心轴承。向心轴承主要用于承受径向载荷045,（

7、2）推力轴承。推力轴承主要用于承受轴向载4590。,图1116滚动轴承接触角,2滚动轴承类型的选择 在选择轴承类型时，一般首先考虑所承受载荷的大小、方向、性质和 转速的高低，还要考虑刚度、调整性能、结构尺寸大小、轴承的装卸和经济性等要求。具体选择时可参考以下几点。 （1）当载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承。 （2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承；而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承。 （3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可

8、用滚子轴承，也可用球轴承。 （4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。 （5）当轴的弯曲变形大或轴承孔座同轴度较差、跨度大而对支撑有调心要求时，应选用调心轴承。 （6）为便于轴承的拆装，可选用内、外圈可分离的轴承。 （7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。 常用的滚动轴承类型及特性见表11-2.,114滚动轴承代号,轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成，其排列按表11-3所示。 11.4.1 基本代号 滚动轴承基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号、内径代号构成。其排列按下图：,内径代号,类型代号,尺寸系列代号,11.

9、4.2 轴承代号的编制规则 轴承代号编制时要遵守以下规则。 1.轴承代号按表113所列顺序从左至右排列。 2.当轴承类型代号用字母表示时，字母与其后的数字之间应空一个字符。 3.基本代号与后置代号之间应空一个字符，但当后置代号中有“”号或“”号时，不再留空。 4.公差等级代号中的/P0省略不写。,例11-1 试说明轴承代号6205的含义。 6 2 05,深沟球轴承,宽度系列代号为0省略，直径系列代号为2,轴承内径25mm,115滚动轴承的失效形式和寿命计算,11.5.1滚动轴承的失效形式 滚动轴承失效有以下形式。 1 疲劳点蚀 2 塑性变形 3 磨粒磨损 4 胶合,11.5.2 滚动轴承的寿命

10、计算 1 滚动轴承的寿命 对于在一定载荷作用下运转的单个滚动轴承，出现疲劳点蚀前所经历的总转数或在一定转速下所经历的小时数，称为滚动轴承的疲劳寿命。 基本额定寿命L是指一批相同的轴承，在相同的条件下运转，其中有90%的轴承不发生疲劳点蚀失效前的总转数L（以 r为单位）或一定转速下的工作小时效 。,2 滚动轴承的基本额定动载荷和当量动载荷 (1)基本额定动载荷 轴承在基本额定寿命L1（ r，即100万转）时，轴承所能承受的最大载荷称为基本额定动载荷，用C表示。 基本额定动载荷是衡量轴承抗疲劳点蚀承载能力的指标，基本额定动载荷大，说明轴承抗疲劳点蚀的承载能力大。 (2)当量动载荷 滚动轴承的基本额

11、定动载荷C是在一定条件下确定的，（向心轴承和角接触轴承承受稳定的径向载荷，推力轴承承受一定的轴向载荷）当在轴承上同时作用有径向载荷和轴向载荷，则必须将实际载荷换算成与上述条件相同的载荷后，方能与基本额定动载荷进行比较和计算。换算后所得的外载荷是一个假定的载荷，称为当量动载荷，用符号P表示。,(3)寿命计算公式 轴承的寿命与载荷之间的关系，可用疲劳曲线表示。,图11-18 6208轴承的P-L曲线,由曲线可知，轴承的基本额定寿命L随着当量动载荷P的减少而增加。疲劳曲线方程式为 当L1（ r）时，相应的轴承载荷就是基本额定动载荷C，可得,(11-1),(11-2),式中 L基本额定寿命， r： C

12、基本额定动载荷，N； P当量动载荷，N； 寿命指数，对球轴承3，对滚子轴承,为了便于计算，常用给定转速n（rmin-l）下的工作小时 来表示轴承基本额定寿命。 为用转速表示的轴承基本额定寿命；60n表示每小时轴承转数。故给定转速n下的工作小时数 将式（11-2）代人式（11-3），考虑到轴承温度高120时，其额定动载荷C将有所下降，故引入温度系数 ；又考虑到机械在实际工作中有冲击、振动，使轴承受载增大，寿命降低，又引人载荷系数 ，经上述修正后，式（11-3）可改写为,(11-3),（11-4）,载荷系数，查表118； 温度系数，查表117；,若要选择轴承尺寸（即型号），可根据已知条件，先求出轴

13、承所需的基本额定动载荷 ，由式（114）可得 根据计算所得的值，从有关手册中选取轴承型号，应使所选轴承的基本额定动载荷 ，才合适。,(115),3 当量动载荷计算 (1)深沟球轴承 这类轴承在径向载荷和轴向载荷的作用下，其当量动载荷 式中 轴承径向载荷，N; 轴承轴向载荷，N; X、Y径向载荷系数、轴向载荷系数，查表11-9 轴向载荷的影响系数，其值与轴承类型和 值有关 是轴承的额定静载荷。 （2）圆柱滚子轴承、滚针轴承 这类轴承只承受径向载荷，故它的当量动载荷即为轴承所受的径向载荷，即,（11-6）,（11-7）,（3）推力轴承 对于只能承受轴向载荷的推力轴承，其当量动载荷 4角接触轴承轴向

14、载荷的计算 （1）内部轴向力S 由于角接触轴承的结构特点，在滚动体与滚道接触处存在着接触角，因此，当它受到径向载荷 作用时，轴承中每个滚动体除产生径向反力 外，同时还产生一轴向反力 ，如图11-19所示，各滚动体所受轴向反力之和，即为轴承内部轴向力S。S值可按表11-10近似计算，其方向是推动内圈脱离外圈。,（11-8）,（2）轴向载荷的计算 为使内部轴向力平衡，角接触轴承一般都要成对使用。图11-20所示为轴承外圈窄边相对安装的一对轴承。轴受径向载荷 和轴向载荷 的作用。轴承I和轴承的径向支反力为 和 ，由它们所引起的内部轴向力分为 ， 。 、 、 的方向如图所示。,图11-19 内部轴向力

15、,图11-20 角接触轴承轴向载荷分布图,由于内部轴向力的存在，计算角接触轴承的轴向力时，要同时考虑内部轴向力和轴上的外加轴向力。 根据力的平衡原理，按下述两种惰况分析讨论，即可求得轴承I及轴承所受的总轴向载荷 和 。 当 时，轴有向右移的趋势，但被轴承阻止。根据轴系轴向载荷的平衡，经推导归纳后，可认为 是轴承所受的外力，因此轴承所受的总轴荷 而轴承I所受的总轴向载荷为其本身的内部轴向力 ，即 当 时，轴有向左移趋势，被轴承I阻止。根据轴系轴向载荷的平衡，经推导归纳后，可认为 、 是轴承I所爱的外力，因此轴承I所受的总轴向荷 ；而轴承所受的总轴向载荷为其本身内部轴向力 ，即,（119）,根据以上分析，可将角接触轴承所受的总轴向载荷的计算方法归纳如下: 根据轴上所受轴向力 及 、 判断轴的移动趋势，并分析移动被哪端轴承挡住。 挡住移动端轴承所受的总轴向载荷等于除本身内部轴向力外的其他所有轴向力的代数和；而另端轴承所受的总轴向载荷等于该轴承本身的内部轴向力。 例题11-2、11-3见书,（11-10）,