第十一章軸承

1、第13章 滾動軸承,概 述,滾動軸承尺寸的選則,滾動軸承類型的選擇,滾動軸承的主要類型及其代號,軸承裝置設計,滾動軸承的工作情況,第13章 滾動軸承,軸承 —— 支承軸的部件。,向心軸承 —— 主要承受徑向載荷；推力軸承 —— 主要承受軸向載荷；向心推力軸承 —— 主要承受徑向載荷、也可承受較大的軸向載荷；推力向心軸承 —— 主要承受軸向載荷、也可承受較大的徑向載荷。,2. 按摩擦性質分：,,軸承,滑動軸承滾動

2、軸承,軸承,,1. 根據承受載荷的方向分：,§1 概述,,（一） 滾動軸承的組成,◆向心軸承1. 外圈2. 內圈3. 滾動體4. 保持架,◆滾動體形狀,◆推力軸承 1. 緊圈 2. 松圈 3. 滾動體 4. 保持架,（二） 滾動軸承的材料及特點,滾動軸承的內、外圈和滾動體是用滾動軸承鋼（GCr15等）制造、并徑淬火處理，硬度達到60～65 HRC，表面進行磨削和拋光。要求磨削拋光。軸承元

3、件都經過150℃的回火處理，通常軸承工作溫度不高于120℃，所以軸承元件的硬度不會下降。 軸承保持架一般用軟鋼沖壓而成，也有用青銅、石墨或塑料制成實體保持架。,1、材料,2、滾動軸承與滑動軸承比較,優(yōu)點：摩擦阻力小，啟動及運轉力矩小，啟動靈敏，功率損耗小且軸承單位寬度承載能力較大，潤滑、安裝及維修方便等。 缺點：徑向輪廓尺寸大，接觸應力高，高速重載下軸承壽命較低且噪聲較大，抗沖擊能力較差。,,,滾動軸承的組成,,,滾動軸

4、承的組成,,,滾動體的形狀,,,⒈ 滾動軸承的游隙,①軸承內圈相對于外圈移動量的最大值稱為軸承的游隙；沿徑向的最大移動量稱之為徑向游隙；而沿軸向的最大移動量稱為軸向游隙。,②滾動軸承的游隙分為1、2、0、3、4、5共六個組別。其徑向游隙由小到大，0組為常用游隙可以不標，其它代號依次為C1、C2、C3、C4、C5。,◆滾動軸承的游隙、接觸角和調心性能,,⒉滾動軸承接觸角,——滾動體與外圈（或松圈）滾道接觸點的法線與軸承徑向平面的夾角，稱為

5、滾動軸承的公稱接觸角。,? ＝0°,0°≤?≤45°,45°≤?≤ 90°,? ＝90°,3.幾種滾動軸承的公稱接觸角,,,,,,,,4. 滾動軸承的調心性能,由于加工、安裝及軸與軸承座工作中的受力變形，導致軸承在工作中出現內、外圈間或松、緊圈間的相對角位移。軸承能夠適應角位移而保持正常工作、不被卡死的性能，稱為調心性能。允許有較大角位移的軸承稱為調心軸承。,調心軸承的結構特點

6、是外圈（或松圈）的滾道為球面，如向心調心球軸承、向心調心滾子軸承等。,,,§2 滾動軸承的主要類型及其代號,,（一）常用滾動軸承的主要類型、結構和特點,,滾動軸承的類型和選用,,向心圓柱滾子軸承,（一）常用滾動軸承的主要類型、結構和特點,,滾動軸承的類型和選用,,（一）常用滾動軸承的主要類型、結構和特點,,滾動軸承的類型和選用,,調心滾子軸承,（一）常用滾動軸承的主要類型、結構和特點,,,7000C型→α=15°7

7、000AC型→α=25°7000B型→α=40°,普通30000型加大30000B型,向心推力軸承,,,,⑴軸承內徑：,（二） 滾動軸承的代號,1、基本代號,,,① d＜20mm時, →查標準,② d = 20 ～480 mm →d = 代號×5,③ d ≥500mm時的表示方法為：以分母形式直接表示軸承內徑，如內徑為500mm的向心調心滾子軸承：230/500,,,⑵外廓尺寸系列①外（直）徑系列→

8、見右圖,,,⑶寬（高）度系列→內、外徑相同而寬度（高度）不同的變化，稱之為寬度系列。常用0、1、2、3等。代號為0時，表示正常寬度，可略去不寫（但圓錐滾子軸承必須寫出）,⑷類型代號,內徑相同，而外徑和寬度（高度）不同的變化，稱為軸承的直徑系列。,輕系列,中系列,重系列,,2、公差等級：/P0、/P6、/P6x、/P5、/P4、/P2（精度最高）。 /P0 （精度最低）為普通級，應用廣泛，代號中可省略不標。例題：寫

9、出下列軸承代號的含義。,練習：寫出下列滾動軸承代號的意義： 6210；N218；7309B/P6；30412/P5；51415,公差等級為普通級,公稱接觸角α=25°,軸承內徑d = 10×5=50 mm,外徑系列——輕系列正常寬度,角接觸球軸承,,1、載荷條件※ 純徑向載荷→向心軸承。如： ①輕載或中載，可選用深溝球軸承（60000型）。

10、 ②中載或有一定沖擊載荷時，可選用圓柱滾子軸承，如（N0000型）。 純軸向載荷→推力軸承。如： ①中、輕載下，選用推力球軸承（51000型） 或雙向推力球軸承(52000型）等。 ②載荷較大時，選用推力圓柱滾子軸承(81000型）等。 同時有徑向、軸向載荷時，若：軸向載荷↓→深溝球軸承

11、 軸向載荷↑→向心推力軸承 軸向載荷↑↑→向心軸承＋推力軸承如深溝球軸承與推力球軸承或圓柱滾子軸承與推力球軸承或推力圓柱滾子軸承等的組合；,§3 滾動軸承類型的選擇,角接觸球軸承（70000型）圓錐滾子

12、軸承（30000型）,,3、調心性能,對于軸的剛性較差、或軸的跨矩較大、或軸承座的制造安裝精度較低、或多支點軸，均應采用調心軸承。而其它類型軸承對于偏轉角非常敏感，應盡可能避免采用。,4、安裝及拆卸要求,為了裝拆方便，應首選可分離型軸承，如圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承等。,5、經濟性,在軸承設計時應合理選擇軸承的公差等級，公差等級選擇的不適當，低了則可能不滿足工作性能要求；過高則經濟性不好，成本過高。對于公差等級為P0、P6、P5、P4

13、、P2的滾動軸承價格比約為1:1.5 : 2 : 7: 10。,（極限轉速——一定載荷和潤滑條件下允許的最高轉速）球軸承： 承載能力??；不耐沖擊；極限轉速高；制造容易； 價格低 ；宜優(yōu)先選用；→輕載、高速、精度要求高的場合滾子軸承：承載能力大、耐沖擊 ；極限轉速低；→ 重載或有沖擊場合,,2、軸承轉速※,,§4 滾動軸承的工作情況,結論：根據受力分析可見，滾動軸承的各個元件所受載荷為循環(huán)變載荷，其表面接

14、觸應力為循環(huán)變應力。,,F0，σH,F0，σH,,§5 滾動軸承尺寸的選擇,⑴疲勞點蝕（中、高速下運轉的軸承）⑵塑性變形（低速重載或沖擊載荷下）⑶磨損（磨粒磨損（多塵）、粘著磨損（高速））,（一） 滾動軸承的失效形式及設計準則※,2、滾動軸承的設計準則,⑴中、高速下運轉的軸承(n＞10 r/min) →按疲勞強度進行設計。即保證軸承在規(guī)定的壽命期內不發(fā)生疲勞點蝕。,⑵對于轉速很低（n ≤10r/min)或在一定角度內緩慢擺

15、動的軸承→按靜強度進行設計，即保證軸承在工作中不發(fā)生超過允許的塑性變形。,⑶高速下運轉的軸承→除按疲勞強度進行設計外，還應校核極限轉速。,1、滾動軸承的主要失效形式,,§5 滾動軸承尺寸的選擇,（二） 基本額定壽命和基本額定動載荷,1. 滾動軸承的壽命　滾動軸承中的任意一個滾動體或座圈滾道出現疲勞點蝕之前的總轉數或在一定轉速下的總工作小時數，稱為該軸承的壽命。,2. 基本額定壽命　對于一批相同的（類型、尺寸、材料、熱處理、加工

16、等均相同）軸承，在相同的條件下進行運轉，有10%的軸承出現點蝕破壞前的總轉數或在一定轉速下的總工作小時數，就稱為該批軸承的基本額定壽命。對于一批軸承而言，是90%的軸承能達到的壽命；對于單個軸承而言則是該軸承有90%的概率達到或超過的該壽命。,3. 可靠度概念　所謂可靠度是指零件在規(guī)定運轉條件下、規(guī)定壽命期內的失效概率。,4. 基本額定動載荷　是指軸承在基本額定壽命恰好為106 轉時所能承受的載荷，用C表示。對于向心軸承為Cr 、

17、對于推力軸承為Ca 。其概念可解釋為一批相同的軸承、在相同條件下運轉，經受106轉的運轉后，仍有90%的軸承不出現疲勞點蝕條件下所能承受的載荷值。,,（三）當量動載荷,軸承樣本或手冊列出的軸承基本額定動載荷是在一定條件下通過試驗確定的，試驗條件為：①內（緊）圈轉動、外（松）圈固定；②基本額定壽命為106 r；③工作溫度在100℃以下。,實際軸承所受的載荷與基本額定動載荷的性質及工作條件可能不一致。為此必須將實際工作載荷換算成與基本額定

18、動載荷相同條件的載荷值，才能與基本額定動載荷進行比較。換算后的載荷為一壽命等效的假想載荷，稱為當量動載荷。,當量動載荷的計算式為：,X、Y—— 徑向系數、軸向系數 與Fa/Fr及參數 e 有關，可查表。,e—— 軸向載荷影響系數（判別系數），它是表征軸向載荷對向心軸承承載能力影響的系數，其數值與軸承類型及實際接觸角有關,即與Fa/C0有關，查表。,,引入載荷性質系數,,（四） 額定壽命計算,,基本額定壽命,軸承轉速，r/min

19、,當量動載荷，N,基本額定動載荷，查《機械零件設計手冊》,,預期壽命，查表,基本額定動載荷計算值,,⒉修正額定壽命,⒈基本額定壽命,當實際軸承的可靠度要求不同于90%、或軸承材質有特殊性能要求及須在特殊工作條件下運轉時，均須在計算基本額定壽命時進行修正，修正后的軸承壽命則稱為修正壽命。,,例題：一農用水泵，決定選用深溝球軸承，軸頸直徑d=40mm, 轉速n=2900 r/min，徑向載荷Fr=1600N, 軸向載荷Fa=720N，預期計

20、算壽命L h ′=6000h。試選擇該軸承型號。,解：本題中深溝球軸承承受徑向及軸向的聯合載荷，故應按式計算當量動載荷P ，但因軸承型號未定，故C0，Fa/C0，e，X，Y 等值均無法確定。此時，須采用試算法，即先初選某一型號軸承或初定X, Y值再進行驗算。以下采用初選軸承型號的方法。,1）初選軸承型號 設為6308軸承，查《機械零件設計手冊》得Cr=31.2 kN，C0r=22.2 kN。2）計算iFa/C0：,查表（用插值

21、法）求得：,3）計算Fa/Fr,4）選X，Y值 查表9-7 得X=0.56，,5)計算當量動載荷P 由公式得,由表，取fP=1.2，得,6)計算軸承所需的基本額定動載荷,對于6308軸承，∵Cr=31.2 kN＞Cr′=27.98 kN, ∴該軸承滿足要求。,,（五） 角接觸（向心推力）軸承的載荷計算,1. 內部軸向力FS 2. 載荷作用中心O（支反力作用點）,,,,O,載荷作用中心,可查軸承標準,,FS

22、 ——內部軸向力，是由于結構原因而產生的附加內部軸向力。其大?。翰楸恚较颍喝鐖D。,,FS使內外圈有分離趨勢，∴向心推力軸承必須：成對使用，對稱安裝。,,,,⑴兩種安裝方式,①正裝（面對面安裝）見圖,②反裝（背靠背安裝）見圖,◆簡圖：,——兩外圈窄邊相對,——兩外圈窄邊相背,3. 軸向載荷計算,,⑵向心推力軸承軸向載荷Fa 的計算步驟,當向心角接觸軸承支承的軸上除徑向載荷Fr作用外，還有外加軸向力FA 作用時，作用在每個軸承上的軸向

23、載荷Fa須作具體分析確定。,★計算步驟如下※：①計算每個軸承上的內部軸向力FSⅠ、FSⅡ；,②根據軸上全部軸向力（包括：外加軸向力FA 和內部軸向力FSⅠ 、 FSⅡ ）即合力的指向； →判斷哪個軸承被“壓緊” ？哪個軸承被“放松” ？,③被“壓緊”軸承的軸向力等于除它本身內部軸向力以外的其他軸向力的代數和； 被“放松”軸承的軸向力等于其本身的內部軸向力。,,⑶向心推力軸承軸向載荷Fa 的計算方法,當：FSⅡ + FA＞FSⅠ時

24、,軸承Ⅰ（即“壓緊”端）的軸向力為：,軸承Ⅱ（即“放松”端）的軸向力為：,→軸承Ⅰ被“壓緊” ，軸承Ⅱ被“放松” →,,⑶向心推力軸承軸向載荷Fa的計算方法,當：FSⅡ + FA ＞FSⅠ時,軸承Ⅰ（即“壓緊”端）的軸向力為：,軸承Ⅱ（即“放松”端）的軸向力為：,當：FSⅡ +FA ＜FSⅠ時,軸承Ⅱ （即“壓緊”端）的軸向力為：,軸承Ⅰ（即“放松”端）的軸向力為：,→軸承Ⅰ被“壓緊” ，軸承Ⅱ被“放松” →,→軸承Ⅱ被“壓緊” ，軸

25、承Ⅰ被“放松”→,,⑵向心推力軸承軸向載荷Fa 的計算步驟,當向心角接觸軸承支承的軸上除徑向載荷Fr作用外，還有外加軸向力FA 作用時，作用在每個軸承上的軸向載荷Fa須作具體分析確定。,計算步驟如下：①計算每個軸承上的內部軸向力FSⅠ、FSⅡ；,②根據軸上全部軸向力（包括：外加軸向力Fx 和內部軸向力FSⅠ、FSⅡ）即合力的指向； →判斷哪個軸承被“壓緊” ？哪個軸承被“放松” ？,③被“壓緊”軸承的軸向力等于除它本身內部軸向力以外的

26、其他軸向力的代數和； 被“放松”軸承的軸向力等于其本身的內部軸向力。,,例題1：,FrⅠ,FrⅡ,FA,已知：FSⅠ=1175 N，FSⅡ=3290 N，FA=1020 N求： FaⅠ、 FaⅡ,→軸承Ⅰ被“壓緊” ，軸承Ⅱ被“放松”,FSⅡ+FA = 3290+1020= 4310 ＞FSⅠ，,解：,例題2：,已知：FSⅠ=1437 N，FSⅡ=2747 N，FA=950 N求： FaⅠ、 FaⅡ,FSⅠ+FA = 1437

27、+950 = 2387 ＜FSⅡ，,→軸承Ⅰ被“壓緊” ，軸承Ⅱ被“放松”,解：,,（六）不穩(wěn)定載荷下的軸承壽命計算,例：金屬切削機床、起重機等機械中使用的軸承，其工作載荷和轉速都是在頻繁地改變著。,壽命計算：按不穩(wěn)定變應力時的疲勞損傷累計理論→平均當量動載荷 →壽命計算公式：,,（七） 滾動軸承的靜載荷計算,在過大的載荷作用下的滾動軸承，還有可能產生塑性變形，導致軸承的振動和噪聲過大，影響軸承

28、的正常工作。因此，除對軸承要進行疲勞強度計算外，還需進行靜強度校核。而對于轉速很低或在一定角度內緩慢擺動的軸承，因其主要失效形式就是滾動體與內外座圈滾道接觸處產生過大塑性變形，這時應根據靜強度計算其承載能力和選擇軸承尺寸與型號。,⒈保證滾軸承不發(fā)生過大塑性變形的條件,基本額定靜載荷　使?jié)L動軸承中受力最大的滾動體與座圈接觸處的塑性變形總量恰好為滾動體直徑萬分之一時的載荷，稱為基本額定靜載荷。,當量靜載荷　當量靜載荷是一個假想的載荷，在該載

29、荷作用下軸承與在實際載荷作用下有同樣的塑性變形量，該載荷稱為當量靜載荷。,靜態(tài)承載安全系數, 見表,⒉當量靜載荷的計算,應當注意:當計算結果　P0＜Fr時，則取　 　P0＝Fr,,（八） 同一支點成對安裝同型號角接觸軸承的計算特點,⑶基本參數基本額定動載荷額定靜載荷極限轉速,⑴支反力作用點（載荷作用中心O）——近似認為在這對軸承寬度的中點。,圖9-15,,載荷分布系數,載荷系數,（九） 滾動軸承的極限轉速,滾動軸承的極限轉速

30、nlim——一定載荷和潤滑條件下允許的最高轉速（查標準）。,實際工作條件下，軸承的極限轉速nmax：,,,,（一）保證軸承孔的同軸度和支承剛度,1、保證同軸度要求——安裝軸承的兩個軸承座孔一次加工而成。,2、保證支承剛度要求。,§6 滾動軸承軸系結構設計（軸承裝置設計）,,（二）軸承的配置 一、三種固定形式 1、兩端固定式支承（雙支點單向固定）,§6 滾動軸承軸系結構設計（軸承裝置設計）,,c=0.2

31、～0.4,,,,,,,,,,,,,,箱體內側,箱體外側,采用深溝球軸承,,（二）軸承的配置 一、三種固定形式1、兩端固定式支承（雙支點單向固定）,§6 滾動軸承軸系結構設計（軸承裝置設計）,,,,,,,,,,,箱體內側,箱體外側,,,,,c=0.2～0.4,采用深溝球軸承,,（二）軸承的配置 一、三種固定形式 1、兩端固定式支承（雙支點單向固定）,§6 滾動軸承軸系結構設計（軸承裝置設計）,,

32、,,,箱體內側,箱體外側,,,,,,,調整墊片（一組）,調整墊片（一組）,采用向心推力軸承（正裝）,,,,,,（二）軸承的配置 一、三種固定形式1、兩端固定式支承（雙支點單向固定）,§6 滾動軸承軸系結構設計（軸承裝置設計）,,,,,箱體內側,箱體外側,,,,,,,,,,,調整墊片（一組）,調整墊片（一組）,采用向心推力軸承（正裝）,,（二）軸承的配置 一、三種固定形式2、 一端固定一端游動支承（單支點雙向固

33、定）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,套杯,箱體內側,箱體外側,,（二）軸承的配置 一、三種固定形式2、 一端固定一端游動支承（單支點雙向固定）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,套杯,箱體內側,箱體外側,,,,,,固定端,游動端,,（二）軸承的配置 一、三種固定形式3、兩端游動支承,對于人字齒輪軸，由于人字齒輪本身的相互限位作用，它們的軸承內外圈的軸向緊固應設計成只保證其中一根軸相對機座有固定的軸向位置，

34、而另一根軸上的兩個軸承都必須是游動的，以防止齒輪卡死或人字齒的兩側受力不均勻。,,,,,,,,,,,,,,,,,1、軸承內圈在軸上的軸向固定方法,2、軸承外圈在軸承孔內的軸向固定方法,軸肩固定,彈性卡圈固定,軸端擋圈固定,圓螺母固定,軸承端蓋固定,凸肩固定,孔用彈性卡圈固定,（三）滾動軸承的軸向緊固,,3、推力軸承的固定,,,（四）滾動軸承組合結構的調整,1、軸系軸向位置的調整,2、軸承游隙的調整,套杯,,,（五）滾動軸承的配合,1、基

35、準制內圈與軸→基孔制→軸用n6，m6，k6，js6等公差帶。外圈與軸承孔→基軸制→孔用J6，J7，H7，G7公差帶。,2、滾動軸承配合選擇的一般原則：①尺寸大、載荷大、振動大、轉速高或工作溫度高時→選緊一些的配合；②經常拆卸或游動套圈→選松一些的配合。,,,φ90 H7,,φ40 k6,,,（六）滾動軸承的預緊,1、預緊的目的提高軸承的旋轉精度，增加軸承裝置的剛性，減小機器工作時軸的振動。,2、預緊的方法 安裝時

36、用某種方法在軸承中產生并保持一軸向力，使?jié)L動體和內、外圈接觸處產生預變形，以消除軸承中的游隙。,3、預緊裝置①夾緊外圈（圖a）②彈簧預緊（圖b）③加長度不等的間隔套（圖c）④磨窄座圈并夾緊（圖d）,,（七）滾動軸承的潤滑,1、潤滑的目的　　　降低摩擦阻力、減輕磨損；同時，潤滑還有降低滾動體與座圈滾道的接觸應力、散熱、吸震、減低噪聲和防銹等作用。,2、潤滑油潤滑,①油浴潤滑；②飛濺潤滑；③滴油潤滑；④油霧潤滑；⑤循環(huán)冷卻油潤滑。

37、,④油霧潤滑,3、潤滑脂潤滑　　　 需注意：潤滑脂在軸承中的填入量一般應不超過軸承空間的1/3 ～ 1/2。,,（八）滾動軸承的密封裝置※,接觸式密封非接觸式密封組合式密封,毛粘圈密封J型橡膠圈密封,間隙式密封迷宮式密封,,,,,（九）滾動軸承的裝拆,裝配套管,拆卸器,設計時應注意的是：軸承的定位軸肩和定位凸肩高度過大，會導致軸承拆卸困難。其合理的高度尺寸da、Da可查軸承手冊。,安裝方法有：①手錘套管打入法；②壓入法

38、；③溫差法等。,拆卸方法有：①手錘套管敲擊法；②軸承拆卸器拆卸法等。,軸肩過高,凸肩孔過小,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,