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1、第七章第七章 轴承设计轴承设计按摩擦性质分：按摩擦性质分：滑动轴承滑动轴承 和和滚动轴承滚动轴承按按承载方向分：承载方向分：向心轴承向心轴承 和和推力轴承推力轴承轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。3具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。一、轴承应满足如下基本要求：二、轴承分类：7-1.滑动轴承概述滑动轴承概述一、滑动轴承的主要特点一、滑动轴承的主要特点一、滑动轴承的主要特点一、滑动轴承的主要特点： 工作平稳，无噪声；工作平稳，无噪声； 回转精度高；回转精度高； 液体润滑时摩擦损失小
2、；液体润滑时摩擦损失小； 径向尺寸小。径向尺寸小。二、滑动轴承的摩擦状态二、滑动轴承的摩擦状态二、滑动轴承的摩擦状态二、滑动轴承的摩擦状态( (轴瓦与轴颈之间轴瓦与轴颈之间轴瓦与轴颈之间轴瓦与轴颈之间) )：1、干摩擦状态、干摩擦状态应避免此种摩擦状态。应避免此种摩擦状态。摩擦表面无润滑剂，功率损失严重，摩擦表面无润滑剂，功率损失严重，磨损加剧，温升高，轴瓦易破坏。磨损加剧，温升高，轴瓦易破坏。 承载能力高。承载能力高。2、边界摩擦状态、边界摩擦状态摩擦表面间有润滑油存在，金属表摩擦表面间有润滑油存在，金属表面上形成了一层极薄的边界油膜。面上形成了一层极薄的边界油膜。但但尖峰部分仍直接接触。尖
3、峰部分仍直接接触。多数滑动轴承都是这种摩擦状态。多数滑动轴承都是这种摩擦状态。3、液体摩擦状态、液体摩擦状态两摩擦表面完全被润滑油分隔开，两摩擦表面完全被润滑油分隔开，形成了一定厚度的压力油膜。形成了一定厚度的压力油膜。这种摩擦状态是润滑油分子之间这种摩擦状态是润滑油分子之间的摩擦，摩擦系数极小。的摩擦，摩擦系数极小。重要轴承采用这种摩擦状态。重要轴承采用这种摩擦状态。非液体摩擦非液体摩擦滑动轴承滑动轴承液体摩擦滑液体摩擦滑动轴承动轴承常用润滑剂：常用润滑剂：润滑油润滑油 液体，用途最广泛；液体，用途最广泛；三、润滑剂及其选择三、润滑剂及其选择三、润滑剂及其选择三、润滑剂及其选择润滑脂润滑脂
4、半固体，一般用于中低速；半固体，一般用于中低速；固体润滑剂固体润滑剂 主要用作油、脂的添加剂，也可单独使用。主要用作油、脂的添加剂，也可单独使用。1 1、润滑油的性能及选择、润滑油的性能及选择粘度粘度 表征了流动的液体中内摩擦阻力的大小。表征了流动的液体中内摩擦阻力的大小。 是最是最重要的性能指标，也是选择润滑油的重要的性能指标，也是选择润滑油的主要依据。主要依据。 油性油性 也称润滑性，表征油中的极性分子对金属也称润滑性，表征油中的极性分子对金属表面的吸附性能。油性好则摩擦系数小。表面的吸附性能。油性好则摩擦系数小。 润滑油的选择原则：润滑油的选择原则：凝点凝点 反映润滑油的反映润滑油的低温
5、低温工作性能。工作性能。针入度针入度 表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度；表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度； 闪点闪点 反映润滑油的反映润滑油的高温高温工作性能。工作性能。 压力大或在冲击、变载条件下工作，应选粘度高的油；压力大或在冲击、变载条件下工作，应选粘度高的油； 速度高时，应选粘度低的油，以减少摩擦损失；速度高时，应选粘度低的油，以减少摩擦损失； 工作温度高时，应选粘度高的油，因粘度会随温度升高而下降。工作温度高时，应选粘度高的油，因粘度会随温度升高而下降。2 2、润滑脂的性能及选择、润滑脂的性能及选择滴滴 点点 表征润滑脂耐高温的性能。表征润滑脂耐高温的性能。 润滑脂的选择原则：润
6、滑脂的选择原则： 工作环境有水汽，选钙基润滑脂；工作环境有水汽，选钙基润滑脂； 工作温度高，选钠基润滑脂；工作温度高，选钠基润滑脂； 有水汽而且工作温度高，则应选锂基润滑脂。有水汽而且工作温度高，则应选锂基润滑脂。四、滑动轴承的分类四、滑动轴承的分类四、滑动轴承的分类四、滑动轴承的分类载荷方向径向轴承径向轴承推力轴承推力轴承装拆需要整体轴承整体轴承(特殊类型：自动调心式轴承特殊类型：自动调心式轴承)剖分轴承剖分轴承摩擦状态液体摩擦液体摩擦(长期运转长期运转,精度要求精度要求高高)非液体摩擦非液体摩擦主要承受径向力主要承受径向力主要承受轴向力主要承受轴向力动压轴承动压轴承静压轴承静压轴承1.径向
7、滑动轴承(1)整体式滑动轴承特点：结构简单，成本低廉。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。轴承座整体轴套（轴瓦）螺纹孔油杯孔因磨损而造成的间隙无法调整。只能从沿轴向装入或拆出。(2)剖分式滑动轴承特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。部分式轴承(整体轴套)对开式轴承(剖分轴套)(3)自动调心滑动轴承(4)间隙可调式滑动轴承2.推力滑动轴承推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：轴瓦的材料轴瓦的材料减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。抗咬粘性(胶合)：材料的耐热性与抗粘附性。摩擦顺
8、应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力（或性质）。常用轴瓦材料有：金属材料粉末冶金材料非金属材料轴承合金（巴氏合金、白合金）是由锡、铅、锑、铜等组成的合金铜合金 分为青铜和黄铜两类。铸铁 有普通灰铸铁、球墨铸铁等。由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成的多孔隙轴瓦材料。有塑料、硬木、橡胶等，其中塑料用的最多一、失效形式一、失效形式1 1、磨损、磨损导致轴承
9、配合间隙加大，影响轴的旋转精度，甚导致轴承配合间隙加大，影响轴的旋转精度，甚至使轴承不能正常工作。至使轴承不能正常工作。1 1、限制轴承的、限制轴承的压强压强 p ：高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使轴承上较软的金属粘焊在轴颈表面而出现胶合。轴承上较软的金属粘焊在轴颈表面而出现胶合。二、设计准则二、设计准则7-4 非液体摩擦滑动轴承的设计非液体摩擦滑动轴承的设计2 2、胶合、胶合目的目的 防止轴瓦过度磨损。防止轴瓦过度磨损。BdFr 向心滑动轴承向心滑动轴承 平均压强：平均压强：2 2、限制轴承的、限制轴承的 pv 值值 ：目的目的 控制轴承的
10、发热量，防止胶合破坏。控制轴承的发热量，防止胶合破坏。pv 值值表征了轴承发热量的大小。表征了轴承发热量的大小。 pv发热量发热量温升温升润滑效果润滑效果胶合胶合d1d0Fak 考虑油槽使支承面积减小。考虑油槽使支承面积减小。推力滑动轴承推力滑动轴承 向心轴承向心轴承nz 推力环的数目推力环的数目3 3、限制滑动速度、限制滑动速度 v ：目的目的 防止滑动速度过高而引起磨损防止滑动速度过高而引起磨损平均直径平均直径dm(d1+d0)/2推力轴承推力轴承取取24MPa*m/s平均速度平均速度许用线许用线速度速度三、设计步骤三、设计步骤确定轴承结构形式确定轴承结构形式确定轴承宽度确定轴承宽度 B
11、和直径和直径 d验算验算p、pv、v选择轴承的配合选择轴承的配合选择润滑剂与润滑装置选择润滑剂与润滑装置选择轴瓦材料选择轴瓦材料 推力轴承推力轴承7.57.5液体摩擦滑动轴承的工作原理液体摩擦滑动轴承的工作原理一、动压油膜的形成机理一、动压油膜的形成机理vF两摩擦表面平行，两摩擦表面平行，不会产生压力油膜不会产生压力油膜vp两摩擦表面成楔形间隙，两摩擦表面成楔形间隙，产生了压力油膜产生了压力油膜间隙内的润滑间隙内的润滑油形成了拥挤油形成了拥挤进进油油口口出出油油口口二、形成动压油膜的必要条件二、形成动压油膜的必要条件 两摩擦表面必须形成楔形间隙两摩擦表面必须形成楔形间隙 润滑油必须从大口进小口
12、出润滑油必须从大口进小口出 必须具有足够的滑动速度必须具有足够的滑动速度 必须充满足够粘度的润滑油必须充满足够粘度的润滑油三、向心动压滑动轴承的工作过程三、向心动压滑动轴承的工作过程no1oo1oo1oo1onn静止静止启动启动不稳定运行不稳定运行稳定运行稳定运行FrFrFrFr 多油楔滑动轴承多油楔滑动轴承其他滑动轴承其他滑动轴承 静压滑动轴承静压滑动轴承 气体轴承气体轴承8-1 . 滚动轴承的特点及类型滚动轴承的特点及类型滚动轴承的主要特点滚动轴承的主要特点滚动轴承的主要特点滚动轴承的主要特点：滚动轴承是滚动轴承是标准件标准件，由专业轴承厂集中生产。，由专业轴承厂集中生产。故学习本章的目的
13、主要解决二个问题：故学习本章的目的主要解决二个问题：1 1 1 1、如何选择滚动轴承的类型；、如何选择滚动轴承的类型；、如何选择滚动轴承的类型；、如何选择滚动轴承的类型；2 2 2 2、滚动轴承的寿命计算；、滚动轴承的寿命计算；、滚动轴承的寿命计算；、滚动轴承的寿命计算； 摩擦阻尼小摩擦阻尼小( (相对于非液体摩擦滑动轴承相对于非液体摩擦滑动轴承) )，启动灵活；，启动灵活； 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构；可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构； 径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高；径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高； 互换性好互换性好, ,易于维
14、护。易于维护。缺点：缺点：抗冲击能力较差；抗冲击能力较差；高速时噪声大，寿命较低；高速时噪声大，寿命较低；径向尺寸大。径向尺寸大。滚动轴承的组成滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈装在轴径上，与轴一起转动。外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动。内外圈上设置有滚道，当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架使滚动体均匀分布在滚道上，减少滚动体之间的碰撞和磨损。滚动轴承的主要类型：滚动轴承的主要类型：1、按承载方向和、按承载方向和公称接触角公称接触角公称接触角公称接触角分为：分为：滚动体与套圈接触处的法线滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的与轴承的径向平面之间的夹角夹
15、角 ，称为公称接触角。，称为公称接触角。向心轴承向心轴承：045，主要承受径向载荷；主要承受径向载荷；径向接触轴承径向接触轴承0 的向心轴承；的向心轴承；向心角接触轴承向心角接触轴承 045的向心轴承；的向心轴承；径径向向接接触触轴轴承承向向心心角角接接触触轴轴承承推力轴承推力轴承： 45 90 ，主要承受轴向载荷；主要承受轴向载荷；轴向接触轴承轴向接触轴承90的推力轴承的推力轴承推力角接触轴承推力角接触轴承 45 S2S1S2FAS2圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：12轴向合力向右，轴轴向合力向右，轴有有向右移动的趋势，向右移动的趋
16、势，但外圈被固定，但外圈被固定，使得使得使轴向力平衡，使轴向力平衡，故：故：右轴承被右轴承被压紧压紧，会产生反力，会产生反力S2，而左轴承被而左轴承被放松放松，Fr1Fr2即：即：Fa1=S1 （放松端）放松端） Fa2=S1 FA （压紧端）压紧端）合力合力 若若 S1 + FA S1轴向合力向右，轴轴向合力向右，轴有有向右向右移动的趋势，移动的趋势，左轴承被左轴承被压紧压紧，会产生反，会产生反力力S1，使轴向力平衡：使轴向力平衡：（压紧端）（压紧端）（放松端）（放松端）FA S2S1S212轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，右轴承被右轴承被压紧压紧，会产生
17、反力，会产生反力S 2， 使轴向力平衡：使轴向力平衡： 若若 S2 + FA S1，（放松端）（放松端）（压紧端）（压紧端）归纳如下：归纳如下：根据根据排列方式排列方式判明派生轴向力判明派生轴向力 S 1、S2 的方向的方向；判明判明轴向合力指向轴向合力指向及轴可能移动的方向，及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被分析哪端轴承被“压紧压紧”，哪端轴承被，哪端轴承被“放松放松”；“放松放松”端的轴向载荷等于端的轴向载荷等于自身的内部轴向力，自身的内部轴向力，“压紧压紧”端的轴向载荷等于端的轴向载荷等于除去除去自身派生轴向力自身派生轴向力后后其它其它轴向力的轴向力的代数和。代数和。对于能够承受少量轴向
18、力而对于能够承受少量轴向力而0 的向心轴承：的向心轴承：（如深沟球轴承）（如深沟球轴承）FAFr1Fr2因为：因为：0 ,S10 ，S2 0所以：所以：FaFA图中：图中： Fa10Fa2FA11-6 滚动轴承滚动轴承的静强度计算的静强度计算目的目的 防止轴承元件发生塑性变形防止轴承元件发生塑性变形针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承基本额定静载荷基本额定静载荷 C0 ：限制塑性变形的极限载荷值限制塑性变形的极限载荷值对向心轴承为对向心轴承为 C0r 径向基本额定静载荷径向基本额定静载荷对推力轴承为对推力轴承为 C0a 轴向基本额定静载荷轴向基本额定静载荷静强度条件静强度条件 ：P0 当量静载荷当量静载荷S0 静静强度安全系数，强度安全系数， 见表见表8 81111径向系数径向系数轴向系数轴向系数X0、Y0查表查表8 812 12 向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承11-6 滚动轴承滚动轴承的静强度计算的静强度计算作业作业 8-1 8-2
