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第19章轴承机械设计基础——轴承概述机械设计基础——轴承箱体齿轮轴轴承轴承孔轴承：支持轴或轴上转动零件的部件作用：支持轴及轴上零件，保持轴的旋转精度减少转轴与支持面间的摩擦磨损分类：按承载方向分：向心轴承、推力轴承按摩擦性质分：滑动轴承、滚动轴承滑动轴承19-1滑动轴承概述19-2滑动轴承的结构19-3滑动轴承的材料19-4润滑剂和润滑装置19-5非全液体摩擦滑动轴承的计算机械设计基础——轴承基本要求:了解滑动轴承的特点、应用场合了解滑动轴承的典型结构、轴瓦材料及其选用原则了解常用润滑剂及润滑装置掌握不完全液体润滑滑动轴承的设计原理及设计方法19-1滑动轴承概述主要特点：工作平稳，无噪声；液体润滑时摩擦损失小应用情况：工作转速特高的轴承；要求对轴的支承位置特别精确的轴承；特重型轴承；大冲击和振动载荷的轴承；剖分式轴承；径向尺寸小的轴承；特殊工况下滑动轴承中的摩擦按润滑油存在方式分：干摩擦、边界摩擦、液体摩擦、混合摩擦(非液体摩擦)机械设计基础——轴承19-2滑动轴承的结构机械设计基础——轴承向心滑动轴承推力滑动轴承滑动轴承组成：轴承体、轴瓦及轴承衬、润滑与密封装置滑动轴承分类：向心滑动轴承——整体式、剖分式、自动调心式推力滑动轴承河南科技大学专用一、向心滑动轴承组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。§19-2滑动轴承的结构型式整体式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承榫口螺纹孔轴承座轴承轴承座轴承盖联接螺栓剖分轴瓦薄壁轴瓦轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。进油孔油沟F厚壁轴瓦整体轴套卷制轴套河南科技大学专用轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。45˚油沟形式宽径比B/d----轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.5~1非液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.8~1.5Bd整体式向心滑动轴承机械设计基础——轴承轴承座整体轴套油孔螺纹孔结构：轴承座、轴套（整体）轴承座设有安装润滑油杯的螺纹孔轴套上开有油孔，内表面开有油槽特点：结构简单，成本低但装拆不便，无法调整应用：低速、轻载或间歇性工作的机器剖分式向心滑动轴承机械设计基础——轴承轴承座轴承盖双头螺柱油孔油槽剖分式轴瓦结构：轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦、螺柱特点：剖分面作成阶梯状，且垂直载荷方向正剖、斜剖，装拆方便，常在轴瓦表面粘附轴承衬磨损后可调整间隙，结构复杂应用：常用自动调心式向心滑动轴承机械设计基础——轴承应用：用于支承挠度较大或多支点的长轴结构：轴瓦瓦背制成凸球面其支承面制成凹球面特点：轴瓦能摆动，适应轴的变形推力滑动轴承机械设计基础——轴承分类：空心式、单环式、多环式轴上的轴向力应采用推力轴承来承受止推面：轴端面、轴中段做凸肩或装上推力圆盘19-3滑动轴承的材料机械设计基础——轴承轴瓦或轴承衬：轴颈应比轴瓦耐磨对材料性能的要求:良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性足够的强度和抗腐蚀能力良好的导热性、工艺性和经济性等常用材料：金属：青铜、轴承合金、粉末冶金、灰铸铁等非金属：工程塑料、硬木、橡胶、聚四氟乙烯轴承盖、轴承座：灰铸铁，铸钢轴颈：钢轴承衬常用材料性能比较机械设计基础——轴承材料组成性能特点应用轴承合金(巴氏合金)Sn,Pb,Sb合金耐磨，磨合，导热性，油吸附性好强度小，价格贵重载，中高速青铜Cu+Sn,Pb,Al较硬,强度高,耐磨磨合性差重载，中速粉末冶金Fe+石墨Cu+石墨含油轴承韧性低平稳载荷，无冲击，中低速铸铁HT轴颈硬度轴瓦硬度轻载，低速19-4润滑剂和润滑装置一、润滑剂二、润滑装置机械设计基础——轴承一、润滑剂机械设计基础——轴承润滑油：液体，用途最广泛润滑脂：半固体，润滑油＋稠化剂，一般用于中低速固体润滑剂：主要用作油、脂的添加剂，也可单独使用，如C,MoS2,PTFE(聚四氟乙烯)等作用：减少摩擦损失、减轻工作表面的磨损、冷却、吸振等常用润滑剂：润滑油、润滑脂、固体润滑剂§19-4润滑剂和润滑装置固体润滑剂1.润滑油在用的大部分润滑油为矿物油（石油）粘度----重要参数在轴承中，润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦特性。A、B两板之间充满了液体，B板静止，A板水平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附作用，A板表面的液体速度为v，而B板表面的液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。液体层与层之间摩擦切应力：τ=ηdudy-----牛顿液体流动定律η----液体的动力粘度，简称粘度量纲：力·时间/长度2单位：N·s/m2(Pa·s)或泊：1P=1dyn·s/cm2运动粘度：ν=ηρ单位：m2/s或斯St：cm2/s或厘斯cSt：1St=100cSt实验结果：oxyydydu分析位置y处薄层的受力AB我国石油产品是用运动粘度标定的润滑油的性能指标及选择性能指标：粘度——液体流动时，每薄层相互间的阻抗剪力，它是液体流动时内部摩擦阻力的度量是最重要的性能指标，也是选择润滑油的主要依据油性——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凝点——反映润滑油的低温工作性能闪点——反映润滑油的高温工作性能机械设计基础——轴承润滑油的选择原则：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润滑脂的性能指标及选择性能指标：针入度(稠度)——表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度用一特制重1.5N锥形针在25°C恒温下5s内刺入润滑脂内的深度。标志润滑脂内阻力的大小和受力后流动性的强弱滴点——温度升高时，润滑脂第一滴掉下时的温度，表征润滑脂耐高温的性能耐水性——润滑脂与水接触时，其特性的保持程度机械设计基础——轴承润滑脂的选择原则：压力大、速度低——小针入度，反之选针入度大的润滑脂的滴点应高于轴承工作温度20~30℃，以免流失在有水或潮湿场合，应选防水性的润滑脂表19-2常用常用润滑油的主要性质名称全损耗系统用油GB443-89汽轮机油GB11120-89代号40℃的粘度mm2/sL-AN76.12~7.48-10110凝点≤C闪点(开式)≥C用于高速底负荷机械、精密机床、纺织纱锭的润滑和冷却。普通机床的液压油。用于一般滑动轴承、齿轮、蜗轮的润滑用于重型机床导轨、矿山机械的润滑。用于汽轮机、发电机等高速高负荷轴承和各种小型液体润滑轴承L-AN10090~1100210L-AN109.0~11.0-10125L-AN1513.5~16.5-10165L-AN3228.8~32.2-10170L-AN4641.4~50.6-10180L-AN6861.2~74.8-10190L-TSA3228.8~35.2-7180L-TSA4641.4~50.6主要用途二、润滑装置机械设计基础——轴承润滑油润滑装置：油孔、芯捻或线纱油杯、针阀滴油杯、油杯、飞溅润滑、压力润滑润滑脂润滑装置：旋转油杯、压注油嘴油槽结构：润滑油润滑装置油孔芯捻或线纱油杯针阀滴油杯油环机械设计基础——轴承飞溅润滑压力润滑19-5非全液体摩擦滑动轴承的计算工作条件：边界膜不破坏、粗糙表面内有流体润滑存在失效形式：磨损——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胶合——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设计准则：维持边界膜不遭破坏主要进行压强p、压强与速度乘积pv的验算机械设计基础——轴承一、向心轴承的计算二、推力轴承的计算三、设计步骤一、向心轴承的计算机械设计基础——轴承2压强和速度乘积pv的验算限制温升防止油膜破裂，防止胶合破坏1压强p验算限制压力防止油膜破裂，防止轴瓦过度磨损bdFbdFpMPa][p许用压强p查表19-1bnFdnbdFpv19100100060][pv许用pv值查表19-1二、推力轴承的计算机械设计基础——轴承2压强和速度乘积pv的验算限制温升防止油膜破裂，防止胶合破坏1压强p验算限制压力防止油膜破裂，防止轴瓦过度磨损)(4202ddzFpMPa][p许用压强p查表19-4mpv][pv许用pv值查表19-4d0Fn平均速度三、设计步骤机械设计基础——轴承选择轴瓦材料确定轴承结构形式确定轴承宽度b和直径d验算p、pv选择轴承的配合选择润滑剂与润滑装置一、动压润滑的形成和原理和条件§19-6动压润滑的基本原理FFFF先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时，液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。两平形板之间不能形成压力油膜！vvvh1aah2cc如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷，当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。动压油膜----因运动而产生的压力油膜。vvvh0bbFF形成动压油膜的必要条件：1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。∑Fy=F∑Fx≠0∑Fy=F∑Fx=0向心轴承动压油膜的形成过程：静止→爬升→将轴起抬转速继续升高→质心左移→稳定运转达到工作转速e----偏心距e滚动轴承19-6滚动轴承概述19-7滚动轴承的结构和类型19-8滚动轴承的代号19-9滚动轴承的失效形式及选择计算19-10滚动轴承的组合设计机械设计基础——轴承基本要求:熟悉滚动轴承的代号、正确地选择滚动轴承的类型掌握滚动轴承的寿命计算正确进行滚动轴承组合设计难点：向心推力轴承(指角接触球轴承与圆锥滚子轴承)的受力分析第20章滚动轴承概述滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产机械设计基础——轴承特点：摩擦阻力小,功率损耗少,起动灵敏，f＝0.05,h=0.98～0.995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，因此回转精度高互换性好，易于维护，润滑简便,价格低抗冲击能力差,高速时出现噪音寿命也比不上液体润滑的滑动轴承径向尺寸大20-1滚动轴承的结构和类型一、结构二、材料三、分类四、类型及特点机械设计基础——轴承一、结构机械设计基础——轴承组成：内圈、外圈、滚动体、保持架外圈内圈滚动体保持架二、材料机械设计基础——轴承保持架：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损材料：低碳钢；铜、铝、工程塑料内圈、外圈、滚动体：高硬度、高接触疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性材料：含铬轴承钢，硬度60~65HRC三、分类机械设计基础——轴承1按滚动体形状分2按受载方向分1按滚动体形状分按滚动体形状分：球轴承、滚子轴承机械设计基础——轴承又可细分为：球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承2按受载方向分按受载方向和公称接触角分：机械设计基础——轴承滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角向心轴承:=0º向心推力轴承：0º90º向心角接触轴承:0º≤45º推力角接触轴承:45º90º推力轴承:=90º注意：在径向