第十三章轴承.

高等职业教育机械类专业核心技术课程机械设计基础浙江机电职业技术学院胡家秀郑州铁路职业技术学院徐刚涛教学课件编创制作第十三章轴承第一节概述第二节非液体摩擦滑动轴承的主要类型、结构和材料○第三节非液体摩擦滑动轴承的设计计算第四节液体摩擦滑动轴承简介第五节滚动轴承的结构、类型和代号第六节滚动轴承类型的选择第七节滚动轴承的组合设计○第八节滚动轴承的失效形式、寿命计算和静强度计算○第九节带座轴承第一节概述轴承用来支承轴的部件。根据摩擦性质，轴承可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承)。按承受载荷方向，又可分为：承受径向力的向心轴承和承受轴向载荷的推力轴承。一、轴承的功用和分类向心滑动轴承推力滑动轴承滚动轴承（向心）滚动轴承（推力）第二节非液体摩擦滑动轴承的主要类型、结构和材料一、向心滑动轴承1.结构形式分为整体式、剖分式、调心式和间隙可调式四种。(1)整体式滑动轴承(2)剖分式滑动轴承(3)调心式滑动轴承（4）间隙可调式滑动轴承支承面为球面，轴瓦与轴承间球现配合使轴瓦可在一定角度内摆动。但球面难加工，只用于轴承宽度B与直径比大于是1.5～1.75的场合。常采用带锥形轴套进行间隙调整。2.轴瓦整体式轴瓦用于整体式轴承。剖分式轴瓦用于剖分式轴承。a）整体式轴瓦；b）剖分式轴瓦；c）分块式轴瓦分块式轴瓦用于大型滑动轴承，以便于运输、装配。在轴瓦的非承载区内制出油孔与油沟，使润滑油能均布于轴承工作区。剖分式轴瓦的油沟形式剖分式轴瓦实物图片整体式轴瓦实物图片3.轴承衬为改善轴瓦表面的摩擦性能，提高承载能力，对重要的轴承，在轴瓦内表面浇铸一层减摩材料，称之为轴承衬。其厚度从0.5～６ｍｍ不等。二、推力滑动轴承推力滑动轴承由轴承座1、衬套2、径向轴瓦3、推力轴瓦4和销钉5组成。工作时润滑油由下部注入，从上部导油管导出。推力轴承轴颈的几种形式载荷较小时用空心端面轴颈和环形轴颈，载荷大时用多环轴颈。三、轴承材料轴承材料指与轴颈直接接触的轴瓦或轴承衬的材料。要求：（1）足够的强度（包括抗压、抗冲击、抗疲劳等强度），以保证其承载能力；（2）良好的减速摩性、耐磨性和磨合性，以提高效率及延长使用寿命；（3）良好的导热性、耐腐蚀性、工艺性以及价格低廉等。常用轴承材料主要有铸造轴承合金、铸造铜合金、铸铁等金属材料。常用轴承材料的性能与应用○第三节非液体摩擦滑动轴承的设计计算一、设计准则主要失效形式为磨损与胶合。为防止失效，作条件性计算。一是从受力角度控制轴承平均压强p，二是控制其pv值，目的是防止工作时产生过高的热量而导致胶合。二、设计步骤已知：轴颈的直径、转速、载荷情况与工作要求。设计步骤：1.根据工作条件和工作要求，确定轴承结构类型和轴瓦材料。2.根据轴颈尺寸确定轴承宽度。一般取宽径比B/d=0.5～1.5。可查手册。3.校核轴承的工作能力。4.选择轴承的配合。三、向心滑动轴承的校核计算（一）校核轴承的平均压强p][pBdFpr式中，Fr为径向载荷（N）；B为轴承宽度（mm）；d为轴颈直径（mm）；[p]为轴承材料的许用平均压强（Mpa），可查相关表。（二）校核轴承pv值][19100pvBnFpvr式中，Fr为径向载荷（N）；v为轴颈圆周速度（mm/s）；n为轴的转速（r/min）；[pv]为许用pv值（Mpa·m/s），可查相关表。四、推力滑动轴承的计算（一）校核轴承的压强p][)(4202pKddzFpa式中，Fa为轴向载荷（N）；d0、d为轴颈内、外径（mm）；z为轴环数；K为支承面积减小系数，有油沟时，K=0.8～0.9，无油沟时，K=1.0；[p]为许用压强（Mpa），（二）验算轴承的pvm值][pvpvm式中，vm为轴颈平均直径处圆周速度（m/s）；dm为轴颈的平均直径（mm）；dm=（d+d0）/2；[pv]为许用压强[pv]值（Mpa·m/s），可查相关表。第四节液体摩擦滑动轴承简介可分为液体动压滑动轴承和液体静压滑动轴承。一、液体动压滑动轴承流体动压形成的充要条件：（1）相对运动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；（2）被油膜分开的表面必须有一定的相对运动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出；（3）润滑油必须有一定黏度，供油要充分。二、液体静压滑动轴承利用液压泵向轴承供给一定压力的润滑油，强制轴颈与轴承孔隔开而获得液体润滑。工作时，压力油经节流器同时进入几个对称油腔，然后经轴承间隙流到轴承两端和油槽并流回油箱。零载荷时轴颈与轴承同心。受外载时，依靠节流器的自动调节使各油腔压力与外载荷保持平衡，轴颈与轴承存在少许偏心。第五节滚动轴承的结构、类型和代号一、滚动轴承的构造滚动轴承的组成滚动轴承各部分的功能介绍二、滚动体的结构特性1.接触角滚动体和外圈接触处的法线nn与轴承的径向平面的夹角α，称为接触角。2.游隙二、滚动体的结构特性滚动体和内外圈之间存在的一定的间隙，使内外圈间可产生相对位移，其最大位移量称为游隙。3.偏转角轴承内、外圈轴线相对倾斜时所夹的锐角，称为偏移角。能自动适应角偏移的轴承称为调心轴承。三、常用滚动轴承的类型1.按滚动体形状分类滚动体的形状如右图所示。因此可分为：球轴承与滚子轴承两大类。2.按承受载荷方向分类(1)向心轴承主要承受径向载荷。又分α=0°的径向接触轴承0°＜α＜45°的向心角接触轴承(2)推力轴承主要承受轴向载荷。α=90°的轴向推力轴承45°＜α＜90°的推力角接触轴承常用滚动轴承的类型及其功能四、滚动轴承的代号滚动轴承代号标注示例轴承6215轴承30208/P6x轴承7310C/P5第六节滚动轴承类型的选择滚动轴承为标准零件，选择时应考虑的主要因素：1.载荷的大小、方向和性质载荷较大或有冲击时调心滚子轴承（2000）圆锥滚子轴承（3000）滚子轴承（N）只承受径向载荷深沟球轴承（6000）只承受轴向载荷推力球轴承（5000）推力圆柱滚子轴承（8000）同时承受径向与轴向载荷第六节滚动轴承类型的选择2.转速的高低。转速高球轴承3.使用要求。两轴承孔同轴度低、轴的弯曲变形大、刚度较差时，可选用轴承同时承受较大轴向与径向载荷，且需对轴向位置调整时4.价格及经济性。5.其他特殊要求。第七节滚动轴承的组合设计一、滚动轴承内、外圈的轴向固定方法轴系部件在箱体的位置是靠轴承内、外圈的固定来实现的。1.常用轴承内圈的轴向固定方法轴承内圈常采用右图所示的过盈配合与轴肩组合作轴向固定。这种方式结构简单，占用空间小，可用于两端固定的支承中。结构简单，装拆方便，占用空间小，多用于深沟球轴承的固定。不能调整轴承游隙，多用于轴颈d＞70mm的场合，允许转速较高。结构简单，装拆方便，紧固可靠。装拆方便，紧固可靠，常用于轴承轴向间隙需调整的场合。2.常用轴承外圈的固定方法固定方式:用端盖紧固特点:结构简单，紧固可靠，调整方便。固定方式:用弹性挡圈紧固特点:结构简单，装拆方便，占用空间小，多用于向心类轴承。固定方式:外圈用挡肩定位，轴系另一端支承靠螺母或端盖紧固。特点:结构简单，工作可靠。固定方式：外圈由套筒上的挡肩定位再用端盖紧固。特点：结构简单，外壳孔可为通孔，利用垫片可调整轴系的位置，装配工艺性好。固定方式：外圈由螺钉和调节杯紧固。特点：便于调整轴承游隙，用于角接触轴承的紧固。二、轴系的固定1.两端单向固定两端轴承都靠轴肩和轴承盖作单向固定，两个轴承的联合作用就能限制轴的双向移动。为补偿轴的热伸长，轴承外圈与轴承端盖之间留有间隙C。二、轴系的固定2.一端固定、一端游动一端轴承的内、外圈均作双向固定，限制轴的双向游动。另一端轴承外圈都不固定。游动端间隙C=3～8mm。适合工作温度变化较大的长轴。二、轴系的固定*3.两端游动两端均采用圆柱滚子轴承支承，两轴承的内、外圈双向固定，以保证轴能作双向游动。适用于人字齿轮主动轴，但与其啮合的另一轴系必须两端固定。三、滚动轴承组合结构的调整内容包括：轴承间隙的调整和轴系轴向位置的调整靠加减轴承端盖与箱体间的垫片的厚度进行调整。1.轴承间隙的调整轴承间隙的大小将影响轴的旋转精度、轴承寿命和传动零件工作的平稳性。利用调整环进行调整，调整环的厚度在装配时确定。利用调整螺钉推压盖移动滚动轴承外圈进行调整，调整后用螺母锁紧。利用调整端盖与座孔内的螺纹联接进行调整。确定。三、滚动轴承组合结构的调整2.轴系轴向位置的调整轴系轴向位置的调整的目的是使轴上零件有准确的工作位置。四、滚动轴承的配合1.轴承内圈与轴2.轴承外圈与轴承座孔基孔制：基轴制：滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。滚动轴承内孔与轴的配合采用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基轴制。松紧js6，j6，k6，m6，n6松紧G7，H7，JS7，J7五、滚动轴承的装拆六、保证支承部分的刚度与同轴度1.在轴承座孔处设置加强肋以增强刚度；2.对向心角接触轴承，采用反排列（外圈宽边相对），提高支承刚度。七、滚动轴承的润滑轴承润滑的主要目的是减少摩擦与磨损、缓蚀、吸振和散热。一般采用脂润滑或者油润滑。轴承内径与转速的乘积dn值可作为选择润滑方式的依据。具体内容在下章中介绍。八、滚动轴承的密封密封的目的是防止外部灰尘、水分及其它杂质进入轴承，并阻止轴承内润滑剂的流失。密封装置可直接设置在轴承上（称为密封轴承），但多数设置在轴承的支承部位。密封的方法将在下章详细介绍。○第八节滚动轴承的失效形式、寿命计算和静强度计算一、滚动轴承的主要失效形式1.疲劳点蚀发生在安装润滑与维护良好情况下，是一般滚动轴承的主要失效形式。2.塑性变形当轴承转速很低(n≤10r/min)或间歇摆动时，轴承在承受过大静载荷或冲击载荷时会产生塑性变形，从而使轴承失效。3.磨损与胶合润滑不良、杂质和灰尘侵入都会引起磨损。高速动转动时，时还可能会出现套圈胶合。滚动轴承失效实物图片二、滚动轴承的设计准则1.一般运转轴承，为防止点蚀发生，以疲劳强度计算为依据，进行寿命计算。2.对不回转、转速很低(n≤10r/min)或间隙摆动的轴承，为防止塑性变形发生，以静强度计算为依据，进行静强度计算。三、轴承的寿命计算（一）基本概念1.寿命指轴承中任何一个滚动体或内、外圈滚道上出现疲劳点蚀前轴承转过的总转数，或在一定转速下总的工作小时数。2.基本额定寿命指一批相同轴承，在同样工作条件下，其中10%的轴承产生疲劳点蚀时所经过总转数，或在一定转速下总的工作小时数。3.额定动载荷基本额定寿命为106r时轴承能承受的载荷，称为额定动载荷，用“C”表示。轴承在额定动载荷作用下，不发生疲劳点蚀的可靠度是90%。各种类型、不同尺寸；同承的C值可查机械零件手册。4.额定静载荷轴承工作时，受载最大的滚动体和内外圈接触处的接触应力达到一定值(向心和推力球轴承为4200Mpa，滚子轴承为4000Mpa时的静载荷），称为额定静载荷，用“Cr”表示。其值查手册。静载荷是在向心轴承只承受径向载荷，推力轴承只承受轴向载荷的条件下根据试验确定的，当实际工作中同时承受径向、轴向载荷时，必须将实际载荷等效为一假想载荷，此假想载荷称为当量动载荷，用“P”表示。5.当量动载荷额定动、（二）寿命计算额定寿命数常用给定转速下运转的小时数Lh表示，实用寿命计算公式：PfCfnLPTh60104式中，fT为考虑工作温度影响引入的温度因数，由表查取；fP为考虑机器振动和冲击的影响引入的载荷因数，也可由表查取；如预期寿命L′h已选定，可据下式选择轴承型号：CLnfPfChTPC41060ε式中，CC为计算额定动载荷（kN），可由相应表查取；ε为寿命指数，对球轴承ε=3，对滚子轴承ε=10/3。三、当量动载荷的计算当量动载荷是一假想载荷，当量动载荷P的计算式aryFxFP式中，x为径向载荷因数；y为轴向载荷因数；可据轴承选用类型及载荷情况查表确定。Fr为轴承承受的径向载荷；Fa为轴承承受的轴向载荷。对只承受径向载荷的轴承:P=Fr对只承受轴向载荷的轴承:P=Fa实际计算中，径向载荷可以从轴径支承反力计算中，用静力平衡原理比较方便地求得。但对采用向心角接触轴承的支承，