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　　轴承装置的设计4 滚动轴承的润滑与密封 1．润滑的目的 润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量； 轴承的摩擦发热使轴承升温，油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的工作温度，延长使用寿命； 良好的润滑状态，可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，可以 使接触压力减小； 轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈。 选哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关。选择润滑方式时，可查阅各类润滑方式的dn值界限表。 2．润滑方式的选择 轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。 3．密封 作用：阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。 密封装置可分为：非接触式密封和接触式密封。 例1 如图所示，某轴轴颈直径d＝35mm，转速n=480r/min，两支承上的径向载荷Fr1＝1500N，Fr2＝1000N，轴向外载荷FA＝600N，方向如图。载荷有轻微振动，轴承工作温度t＜100℃，要求轴承寿命Lh＝10000h。试选择轴承型号。 例题1 解： 1．选择轴承类型 轴承工作转速不很高，承载也不大，虽有轴向载荷，而相对于径向载荷较小，故选用结构简单、价格较低的深沟球轴承。 2．求当量动载荷 由于轴承型号未定，C、C0、Fa/C0、e、X、Y等值都无法确定，必须试算。通常先试选轴承型号。 按d＝35mm试选深沟球轴承6307，查设计手册，C＝25800N，C0=17800N。 例题1续 轴承1的径向载荷比轴承2大，两轴承用双固定式结构，轴向力FA全部由轴承1承受即Fa1＝FA，故只计算轴承1即可。 Fa1/C0＝600/17800＝0.0337，由表12-5可知介于0.028~0.056之间，对应的e＝0.22~0.26。因Fa1/Fr1＝600/1500＝0.4＞e，则 X＝0.56，Y介于1.99~1.77之间，由线性插值可得： 载荷有轻微振动，查表12-6，fP＝1.2。则 P1＝fP(XFr1＋YFa1)＝1.2×(0.56×1500＋1.933×600)N ＝2400N 3．求轴承应具有的径向额定动载荷，选择轴承型号 轴承工作温度t＜100℃，查表12-4，ft＝1。又ε＝3。则 例题1续 N＝15849N 它比所选轴承的径向额定动载荷（C＝25800N）小得多，显然过于保守。故改选6207轴承重复上述计算。 选6207型轴承，C＝19800N，C0＝13500N，Fa1/C0＝600/13500＝0.044，同样由表12-5可知介于0.028~0.056之间，对应的e＝0.22~0.26。Fa1/Fr1=600/1500＝0.4＞e，则X＝0.56，插值得Y＝1.83。 P1＝fP(XFr1＋YFa1)＝1.2×(0.56×1500＋1.83×600)N ＝2325.6N N＝15358N 计算所得C值比6207轴承的C值小，故选用6207轴承。 例题2 §12-1 滑动轴承概述 §12-2 滑动轴承的典型结构 §12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料 §12-4 滑动轴承轴瓦结构 §12-5 滑动轴承润滑剂的选择 §12-6 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算 §12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 §12-8 其它形式滑动轴承简介 滑动轴承 滑动轴承概述1 滑动轴承概述 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。 根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。 一、轴承应满足如下基本要求： 二、轴承的分类 根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。 (或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。 根据润滑状态，滑动轴承可分为：不完全液体润滑滑动轴承。 完全液体润滑滑动轴承。 滑动轴承概述2 滑动轴承概述 四、滑动轴承设计内容 三、滑动轴承的特点 滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合，则主要使用滑动轴承： １．工作转速很高，如汽轮发电机。 ２．要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。 ３．承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。 ４．特重型的载荷，如水轮发电机。 ５．根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。 ６．在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。 ７．径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。 轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计； 润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。 径向滑动轴承的典型结构1 滑动轴承的典型结构 一、径向滑动轴承的结构 １．整体式径向滑动轴承 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 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。 径向滑动轴承的典型结构2 滑动轴承的典型结构 ２．对开式径向滑动轴承 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。 (虚拟演示) 对开式轴承(整体轴套) 对开式轴承(剖分轴套) 径向滑动轴承的典型结构3 滑动轴承的典型结构 三、止推滑动轴承的结构 止推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： ◆ 空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。 ◆ 单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用 于低速、轻载的场合。 ◆ 多环式：不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。 由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。 空心式 单环式 多环式 滑动轴承的失效形式及常用材料1 汽车用滑动轴承故障原因的平均比率 轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落和腐蚀。 一、滑动轴承常见失效形式有： 滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。 故障原因 不干净 润滑油不足 安装误差 对中不良 超载 比率／％ 38.3 11.1 15.9 8.1 6.0 故障原因 腐蚀 制造精度低 气蚀 其它 比率／％ 5.6 5.5 2.8 6.7 滑动轴承的失效形式及常用材料 详细说明 滑动轴承的失效形式及常用材料2 滑动轴承的失效形式及常用材料 二、滑动轴承的材料 轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承 衬的材料。轴承材料性能应满足以下要求： ◆ 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：材料的耐热性与抗粘附性。 ◆ 摩擦顺应性：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）。 滑动轴承的失效形式及常用材料3 滑动轴承的轴瓦结构1 滑动轴承的轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构 按构造分类 整体式 对开式 按加工分类 铸造 轧制 按尺寸分类 厚壁 薄壁 按材料分类 单材料 多材料 需从轴端安装和拆卸，可修复性差。 可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。 节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高 。 具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。 强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。 轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。 铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。 只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。 滑动轴承的轴瓦结构2 滑动轴承的轴瓦结构 单材料、整体式 厚壁铸造轴瓦 多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦 多材料、对开式厚壁铸造轴瓦 多材料、对开式薄壁轧制轴瓦 虚拟现实中的轴瓦 ① ② ③ ④ 滑动轴承的轴瓦结构3 滑动轴承的轴瓦结构 二、轴瓦的定位 ◆ 目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。 ◆ 方法：对于轴向定位有： 对于周向定位有： 凸缘 轴瓦一端或两端做凸缘 定位唇 定位唇（凸耳） 紧定螺钉 紧定螺钉 （也可做轴向定位） 轴 瓦 圆柱销 轴承座 销钉 （也可做轴向定位） 滑动轴承的轴瓦结构4 滑动轴承的轴瓦结构 三、轴瓦的油孔及油槽 ◆ 目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。 ◆ 原则：尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载 能力；轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。 ◆ 形式：按油槽走向分——沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。 按油槽数量分——单油槽、多油槽等。 单轴向油槽开在非承载区 （在最大油膜厚度处） 双轴向油槽开在非承载区 （在轴承剖分面上） 双斜向油槽 （用于不完全液体润滑轴承） 滑动轴承润滑剂的选择1 滑动轴承润滑剂的选择 一、润滑脂及其选择 ◆ 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。 ◆ 适用场合 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的 轴承中。 ◆ 选择原则： １．当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择 针入度大一些的品种。 ２．所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约20～30℃，以免 工作时润滑脂过多地流失。 ３．在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。 在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。 润滑脂牌号表 滑动轴承润滑剂的选择2 滑动轴承润滑剂的选择 二、润滑油及其选择 ◆ 特点： 有良好的流动性，可形成动压、静压或边膜界润滑膜。 ◆ 适用场合：不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承。 ◆ 选择原则：主要考虑润滑油的粘度。 转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。 高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。 三、固体润滑剂及其选择 ◆ 特点：可在滑动表面形成固体膜。 ◆ 适用场合：有特殊要求的场合，如环境清洁要求处、真空中或高温中。 ◆ 常用类型：二硫化钼，碳―石墨，聚四氟乙烯等。 ◆ 使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料，依靠材料自 身的润滑性能形成润滑膜。 润滑油牌号表 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算 一、失效形式与设计准则 ◆ 工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，故无法形成完全的承载油 膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。 ◆ 失效形式：边界油膜破裂。 ◆ 设计准则：保证边界膜不破裂。 因边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和轴承表面粗糙度、 润滑油供给等有关，目前尚无精确的计算方法，但一般可作 条件性计算。 ◆ 校核内容： １．验算平均压力 p ≤[p]，以保证强度要求。 ２．验算摩擦发热pv≤[pv]，fpv是摩擦力，限制pv即间接限制摩擦发热。 ３．验算滑动速度v≤[v] ，p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心， 受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不足，故应 校核滑动速度v 。 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算 二、径向滑动轴承的设计计算 ◆ 已知条件：外加径向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm)及轴颈直径d (mm) ◆ 验算及设计 ： １．验算轴承的平均压力p (MPa) B—轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定）[p]—轴瓦材料的许用压力，MPa。 ２．验算摩擦热 v—轴颈圆周速度，m/s； [pv]—轴承材料的pv许用值，MPa·m/s ３．验算滑动速度v (m/s) [v]—材料的许用滑动速度 ４．选择配合 [p]、[v]、[ pv ]的选择 止推滑动轴承的设计计算 一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算1 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 一、流体动力润滑基本方程的建立 对流体平衡方程（Navier－Stokes方程）作如下假设，以便得到简化形式的流体动力平衡方程。这些假设条件是 ： ◆ 流体为牛顿流体，即 。 ◆ 流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换； ◆ 忽略压力对流体粘度的影响，实际上粘度随压力的增高而增加； ◆ 略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为静平衡状态或匀速直线运动，且只有表面力作用于单元体上； ◆ 流体不可压缩，故流体中没有“洞”可以“吸收”流质； ◆ 流体中的压力在各流体层之间保持为常数。 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 在以上假设下，从两平板所构成的楔形空间中，取某一层液体的一部分作为单元体，通过建立平衡方程和给定边界条件，可得一维雷诺方程： 流体动力润滑的必要条件是： ◆ 相对运动的两表面间构成楔形空间。 ◆ 楔形空间中充满具有粘性的液体。 ◆ 两板相对运动的结果，应使液体在粘性力的作用下由楔形空间的大端 流向楔形空间的小端 。 详细推导 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算3 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 二、径向滑动轴承形成流体动力润滑时的状态 ◆ 轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间隙Δ是公差形成的。 ◆ 轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与F垂直的方向，合力为零。 ◆ 轴颈最终的平衡位置可用φa和偏心距e来表示。 ◆ 轴承工作能力取决于hlim，它与η、ω、Δ和F等有关，应保证hlim≥[h]。 初始状态 稳定工作状态 演示 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数 最小油膜厚度：hmin= δ－e ＝ r

　　(1-χ) χ—偏心率， χ＝ e / δ Δ 为直径间隙，Δ＝ D－ d δ为半径间隙，δ＝ R－ r ＝ Δ/ 2 r 和 d 分别为轴颈的半径和直径。 R 和 D 分别为轴承的半径和直径。 e —为偏心距

　　—相对间隙，

　　 ＝ δ / r ＝ Δ / d 其中： 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算5 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 积分一维雷诺方程 并考虑到压力沿轴承宽度方向的分布， Cp—— 承载量系数，与轴承包角α，宽径比B/d和偏心率χ有关。 F——外载荷，N； η—— 油在平均温度下的粘度，N·s/m2。 B—— 轴承宽度，m； v—— 圆周速度，m/s。 分析思路：1)根据已知条件计算求得 Cp。 2)根据Cp由承载量系数表查取偏心率χ。 3) 计算最小油墨厚度hmin= r

　　(1-χ)。 或 可得： (详细说明) 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算6 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 四、最小油膜厚度 hmin 动力润滑轴承的设计应保证：hmin≥[h] 其中： [h]=S(Rz1+Rz2) S—— 安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取S≥2。 对于一般轴承可取为3.2μm和6.3μm，1.6 μm和3.2μm。 对于重要轴承可取为0.8μm和1.6μm，或0.2μm和0.4μm。 Rz1、Rz2—— 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。（参见） 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 五、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程 １．已知条件：外加径向载荷F(N)，轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d(mm)。 ２．设计及验算： ? 保证在平均油温tm下 hmin ≥[h] ? 验算温升 ? 选择轴承材料，验算 p、v、pv。 ? 选择轴承参数，如轴承宽度(B)、相对间隙(

　　)和润滑油(η) 。 ? 计算承载量系数(Cp)并查表确定偏心率(χ)。 ? 计算最小油膜厚度(hmin)和许用油膜厚度([h])。 ? 计算轴承与轴颈的摩擦系数( f )。 ? 计算轴承温升(Δt )和润滑油入口平均温度( ti )。 ? 根据宽径比( B/d)和偏心率(χ)查取润滑油流量系数 。 详细过程 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算8 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 ? 极限工作能力校核 ? 根据直径间隙(Δ)，选择配合及轴承和轴颈的尺寸公差。 ? 根据最大间隙(Δmax)和最小间隙(Δmin) ，校核轴承的最小油膜 厚度和润滑油入口油温。 ? 绘制轴承零件图 其它形式滑动轴承简介1 其它形式滑动轴承简介 一、无润滑轴承和自润滑轴承 ? 无润滑轴承：工作时外界不提供润滑剂的轴承。 ? 自润滑轴承：当无润滑轴承材料本身就是固体润滑材料时，或轴瓦中 含有润滑介质，这种无润滑轴承常称自润滑轴承。 二、多油楔滑动轴承 固定轴瓦多油楔轴承 可倾轴瓦多油楔轴承 详细说明 详细说明 其它形式滑动轴承简介2 其它形式滑动轴承简介 三、液体静压轴承 原理：依靠液压系统供给压力油，压力油在轴承腔内强制形成压力油膜， 以隔开摩擦表面。 特点：◆ 在任何转速和预定载荷下轴承均处于液体润滑状态； ◆ 轴颈与轴承不直接接触，轴承对材料要求低，寿命长； ◆ 油膜刚性大，有良好的吸振性，运转平稳； ◆ 需要一套供油设备。 四、气体润滑轴承 原理：以气体作为润滑介质，可以空气、氢气、氮气作为润滑介质。 分类：气体动压润滑轴承、气体静压润滑轴承。 详细说明 特点：高转速(n 100000r/min)、低摩擦损失、无污染、承载能力低。 应用：高速磨头、高速离心分离机、原子反应堆等场合。 单元十一 轴承 滚动轴承 基本要求： 1．能正确地选择轴承的代号。 2．能根据选定的轴承合理地设计出轴承装置。 重点和难点：  重点： 1．滚动轴承的选择，滚动轴承的寿命计算。 2．轴承组合结构设计。 难点：滚动轴承的寿命计算。 §12-1 概述 §12-2 滚动轴承的类型与选择 §12-3 滚动轴承的载荷、应力分析及 失效形式和设计准则 §12-4 滚动轴承的寿命计算 §12-5 滚动轴承的静载荷计算 §12-6 滚动轴承的组合设计 §12-7 滚动轴承的润滑和密封 §12-8 滚动轴承例题分析 滚动轴承 概述 滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的（例如：转动的齿轮与轴）。 概 述 滚动轴承的特点：旋转精度高、启动力矩小、是标准件，选用方便。 本章主要讲授： 滚动轴承的类型和代号（认识轴承）； 滚动轴承的选用（包括类型选择、尺寸选择、承载能力验算）； 滚动轴承的装置设计。 滚动轴承的构成：内圈、外圈、滚动体、保持架等 虚拟演示 (各类滚动体) 类型和代号1 滚动轴承的类型与选择 一、滚动轴承的分类 夹角α叫作轴承的接触角；夹角β叫作载荷角。 ◆ 按滚动体的不同分类：球轴承、滚子轴承； ◆ 按可承受的外载荷分类：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承； ◆ 按轴承的结构形式不同分类： 类型和代号2 滚动轴承的类型与选择 在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承，在国家标准中分为13类，其中，最为常用的轴承大约有下列６类: 深沟球轴承 圆柱滚子轴承 推力球轴承 角接触球轴承 圆锥滚子轴承 调心球轴承 更多的滚动轴承 虚拟现实中的滚动轴承 类型和代号3 二、滚动轴承的代号方法 滚动轴承的类型与选择 前置代号 基本代号 后置代号 轴 承 的 分部 件 代 号 内部结构代号 密封与防尘结构代号 保持架及其材料代号 特殊轴承材料代号 公差等级代号 游隙代号 多轴承配置代号 其它代号 五 四 三 二 一 类型代号 尺寸系列代号 内径代号 宽度系列代号 直径系列代号 滚动轴承代号构成： 代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272规定。 前置代号——表示轴承的分部件。 基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征。 后置代号——表示轴承的精度与材料的特征。 ◆ 类型代号：常用轴承代号为3、5、6、7、N五类，详细代号查阅类型代号表。 类型和代号4 ◆ 内径代号：内径代号×5=内径，如：08表示轴承内径d=5×08=40mm。 ◆ 公差等级代号：公差分2、4、5 、6(6x)、 0级，共五个级别 。 以/P2 、/P4、 /P5、 /P6(/P6x)为代号，0级不标注 。 ◆ 游隙代号：游隙分1 、2、 0 、3 、4 、5共六个组别。 以/C1 、/C2、 /C3 、/C4 、/C5为代号，0组不标注。 滚动轴承的类型与选择 高级 低级 游隙值：小 大 内径 d 10 12 15 17 代 号 00 01 02 03 特殊情况： ◆ 尺寸系列代号：表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。 但对圆锥滚子轴承(3类)和调心滚子轴承(2类)不能省略“0”。 外径系列代号：特轻(0、1)、轻(2)、中(3)、重(4)。 宽度系列代号：一般正常宽度为“0”，通常不标注。 类型和代号5 滚动轴承的类型与选择 三、轴承代号示例 6308： 6─深沟球轴承，3─中系列，08 ─内径d=40mm， 公差等级为0级，游隙组为0组； N105/P5： N─圆柱滚子轴承，1─特轻系列，05─内径d=20mm，公差等级为 5级，游隙组为0组； 7214AC/P4： 7─角接触球轴承，2─轻系列，14─内径d=70mm，公差等级为4级，游隙组为0组，公称接触角α=15°； 30213： 3─圆锥滚子轴承，2─轻系列，13─内径d=65mm，0─正常宽度(0不可省略)，公差等级为0级，游隙组为0组； 6103： 6─深沟球轴承，1─特轻系列，03─内径d=17mm，公差等级为0级，游隙组为0组； 注：滚动轴承代号比较复杂，上述代号仅为最常用的、最有规律的部分。 具体应用时，若遇到看不懂的代号时，应查阅GB/T272-93。 类型代号表 滚动轴承主要类型代号表 6 深沟球轴承 L 直线 推力球轴承 U 外球面球轴承 4 双列深沟球轴承 NA 滚针轴承 3 圆锥滚子轴承 N 圆柱滚子轴承 29 推力调心滚子轴承 9 推力圆锥滚子轴承 2 调心滚子轴承 8 推力滚子轴承 1 调心球轴承 7 角接触球轴承 0 双列角接触球轴承 代号 轴承类型 代号 轴承类型 滚动轴承的类型与选择 类型选择1 滚动轴承的类型选择 选择轴承的类型和直径系列 按轴径确定轴承内径 滚动轴承是标准零件，同学们应能在机械设计过程中，根据使用的要求 较合理地选择滚动轴承的类型与规格。 一、滚动轴承选择的一般过程如下： 对没有严格要求的轴承 可不进行承载能力验算 END 进行承系能力验算 合格 不合格 对有较严格要求的轴承 类型选择2 滚动轴承的类型与选择 三、滚动轴承类型选择应考虑的问题 1．轴承的载荷 3．轴承的调心性能 方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴向力；向心推力轴承 用于承受径向力和周向力联合作用。 大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸 系列较小的轴承则反之。 调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。 2．轴承的转速 球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。 类型选择2 滚动轴承的类型与选择 三、滚动轴承类型选择应考虑的问题 4．安装和拆卸 当轴承座没有剖分面而且必须沿轴向安装和拆卸轴承时，可优先选用内外圈可分离的轴承（如N类、NA类、3类等）。当轴承安装在长轴上时，可以选用内圈孔为圆锥孔（用以安装在紧定衬套上）的轴承（图12-5），这样便于装拆。 图12-5 安装在圆锥紧定套上的轴承 工作情况1 一、轴承元件上的载荷分布与应力的变化 滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。 滚动体同时受载的程度与轴承所受的径向力和轴向力的大小有关，一般以控制约半圈滚动体同时受载为宜。如右图所示，径向载荷Fr通过轴颈作用于内圈，由下半圈的滚动体将此载荷传到外圈上（承载区）。此时，内圈将下沉一个距离δ0，不在Fr作用 工作时，轴承各个元件上载荷及产生的应力是时时变化的，而固定套圈受载最大处的工作状态最为恶劣。 详细分析 滚动轴承的载荷、应力分析及失效形式和设计准则 线上的其它各点，下沉有效变形量应是δi=δ0cos(iγ) ，i=1，2，．．．即有效变形量在Fr作用线两侧对称分布，向两侧逐渐减小。接触载荷也是在Fr作用线上的最下面一个滚动体受力最大，向两侧逐渐减小。 根据力的平衡原理，所有滚动体作用在内圈上的反力FNi的向量和必定与径向载荷Fr相平衡，即 滚动轴承的载荷、应力分析及失效形式和设计准则 二、轴向载荷对载荷分布的影响 向心推力轴承实际承受的轴向力Fa取决于产生派生轴向力Fd和外加于轴承的轴向力Fae，其中，派生轴向力Fd是有径向载荷Fr作用时产生，如图所示。 由于滚动体与滚道的接触线与轴承轴线之间夹一个接触角α，因而各滚动体与内、外圈的作用力 并不指向半径方向，它可以分解为一个径向分力 和一个轴向分力 。 。 轴承的派生轴向力 ， 派生轴向力Fd随着受载的滚动体数目增多而增大。在正常工作时，轴承内至少要有下半圈的滚动体受载。 轴承的派生轴向力迫使轴颈（连同轴承内圈和滚动体）有向右移动的趋势，这应由轴向力Fa来与之平衡（图a）。 a) 轴面受力图 b) 端面受力图 滚动轴承尺寸的选择2 三、滚动轴承的失效形式 套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式， 是作为滚动轴承寿命计算的依据。 点蚀 胶合 断裂 转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤； 润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损； 装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。 滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效，下列为常见的失效形式： 磨损 除了点蚀以外，轴承还可能发生其它多种的失效形式。例如： 这些失效形式可以通过加强装配过程管理等措施来克服。 更多的失效 滚动轴承的载荷、应力分析及失效形式和设计准则 滚动轴承的载荷、应力分析及失效形式和设计准则 四、滚动轴承的设计准则 针对滚动轴承失效形式，迄今为止主要是通过寿命和强度计算以保证轴承可靠地工作。设计准则可按以下情况确定： （1）对于一般转动的轴承，主要是接触疲劳失效，故以疲劳强度计算为依据，称为轴承的寿命计算。 （2）对工作转速很低(n≤10r/min )或只作低速摆动的轴承，主要失效形式是工作表面的塑性变形，故以静强度计算为依据，称为轴承的静强度计算。 （3）对于工作转速较高的轴承，除了接触疲劳失效，主要失效形式是工作表面的烧伤，故除了寿命计算，还要验算极限转速。 滚动轴承尺寸的选择1 滚动轴承的寿命计算 滚动轴承的载荷有动载荷与静载荷之分，不同的载荷对应着不同的失 效形式。 滚动轴承的寿命主要是指轴承的疲劳寿命，由于疲劳寿命与概率密切 相关率，因此轴承的寿命必然与可靠性问题相关。 本节从以下方面讲述滚动轴承寿命计算： 滚动轴承的寿命计算 滚动轴承的当量动载荷 向心推力轴承的轴向力计算 滚动轴承尺寸的选择3 一、滚动轴承的寿命计算 滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。显然，通常谈的滚动轴承寿命是指滚动轴承的疲劳寿命。 与一般结构件的疲劳寿命一样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的（见右图）。 基本额定寿命：具有90％可靠度时轴承的寿命，用L10表示。 基本额定动载荷：使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C表示。 基本额定寿命计算式 轴承的寿命/（106r） 滚动轴承的寿命计算 滚动轴承尺寸的选择4 二、滚动轴承的当量动载荷 在进行轴承寿命计算时，应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承 C值的载荷条件相一致当量动载荷（用字母P表示）。 各类轴承的当量动载荷可按下式计算： 式中：Fr与Fa分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷 X、Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数(查表） 为了计及实际载荷波动的影响，可对当量动载荷乘上一个载荷系数 f p 。 载荷性质 载荷系数 f p 举例 无冲击或轻微冲击 1.0～1.2 电机、汽轮机、通风机、水泵等 中等冲击或中等惯性力 1.2～1.8 机床、车辆、动力机械、起重机、造纸机、选矿机、冶金机械、卷扬机械等 强大冲击 1.8～3.0 碎石机、轧钢机、钻探机、振动筛等 滚动轴承的寿命计算 滚动轴承尺寸的选择5 三、向心推力轴承的轴向力计算 当Fae＋Fd2＞Fd1时，相当于轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”， 轴承1的轴向力为Fa1＝Fae＋Fd2 轴承2的轴向力为Fa2＝Fd2 当Fae＋Fd2＜Fd1时，相当于轴承1被“放松”，轴承2被“压紧”， 轴承1的轴向力为Fa1＝Fd1 轴承2的轴向力为Fa2＝Fd2－Fae 滚动轴承的寿命计算 滚动轴承尺寸的选择6 向心推力轴承所受轴向力Fa的计算方法可以归纳为： 由派生轴向力及外加轴向力的计算与分析，判断被“放松”或被“压紧”的轴承； 确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力； 被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力之合力。 滚动轴承的寿命计算 滚动轴承尺寸的选择7 滚动轴承静载荷计算 对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承，其失效 形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的 塑性变形。 在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限—基本额定静载荷，用C0表示。 轴承上作用的径向载荷Fr与轴向载荷Fa应折合成一个当量静载荷P0 即： P0=X0Fr+Y0Fa 式中：X0、Y0分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数，可由轴承 手册查取。 按轴承静承载能力选择轴承的公式为： 式中：S0为静强度安全系数，可由设计手册查取。 滚动轴承尺寸的选择8 滚动轴承的组合设计 滚动轴承尺寸选择的过程 由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa 计算当量动载荷P=fP(XFr+YFa) 明确轴承的工作转速n与预计寿命L10 计算轴承应满足的基本额定动载荷 由轴承样本（手册）查取合适的轴承 轴承装置的设计1 轴承的装置设计的内容包括：轴承的定位和紧固、轴承的配置设计、轴承位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。 一、滚动轴承的定位和紧固 滚动轴承的轴向紧固是指将轴承的内圈或外圈相对于轴或轴承座实施紧固。具体的紧固方法有很多，下面列举常用的方法。 滚动轴承的组合设计 轴承装置的设计2 一、滚动轴承的配置 轴承的配置问题是指：对于一个轴系应采用几个轴承支承、如何支承、如 何配置等问题。常用的轴承配置方案有以下三类，每一类又有若干具体方案。 滚动轴承的组合设计 轴承装置的设计3 三、轴系部件的位置调整 锥齿轮或蜗杆在装配时，通常需要进行轴向位置的调整。为了便于调整， 可将确定其轴向位置的轴承装在一个套杯中，改变套杯在外壳孔中的位置即可 方便地对轴系部件进行整体调整。 滚动轴承的组合设计 轴承装置的设计5 四、滚动轴承的配合与装拆 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。 装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免使滚道或滚动体造成损伤。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。 1．滚动轴承的配合 2．滚动轴承的安装与拆卸 轴承的内、外圈属于薄壁零件，容易变形。当它装入外壳孔或装在轴上后， 其内外圈的不圆度将受到外壳孔及轴颈形状的影响。 详细说明 更多图片 错误的施力 正确的施力 滚动轴承的组合设计 轴承装置的设计6 对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心。最好的办法是采 用整体结构的外壳，并把两轴承孔一次镗出； 正确选择轴承的配合，保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔 在工作时发生相对转动； 在安装轴承的过程中，应确保实施安装轴承的力不作用的滚动体上，否则 将使轴承损坏； 更多说明 对轴承适当地预紧，以此提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚度、减 小机器工作时轴的振动。 在进行滚动轴承的安装设计时，应注意以下问题： 应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞 而使轴承提前损坏； 更多说明 滚动轴承的组合设计