机械设计与应用,项目9 轴承的工作情况分析与选择,项目9 轴承的工作情况分析与选择,9.1 轴承的功用和分类 9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号 9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算 9.4 滑动轴承的类型 9.5 滑动轴承的结构和材料 9.6 非液体摩擦滑动轴承的计算 9.7 滑动轴承的润滑 9.8 轴承的维护和修理 9.9 拓展训练 9.10 实践中常见问题解析,项目9 轴承的工作情况分析与选择,图9-1 TND360型数控车床主轴 1、2后轴承 3轴承 4、5前轴承,9.1 轴承的功用和分类,轴承是支撑轴和轴上零件的部件，按支承处相对运动表面的摩擦性质不同，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承；按轴承所承受的载荷不同，轴承壳分为承受径向载荷的径向（向心）轴承和承受轴向载荷的推力轴承。,9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号,9.2.1 滚动轴承的构造 1.滚动轴承的构造,图9-2 滚动轴承的构造 1外圈 2内圈 3滚动体 4保持架,2.滚动轴承的结构特性,9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号,(1)公称接触角 公称接触角是指滚动体与套圈接触处的公法线与轴承径向平面之间的夹角，用表示。 (2)游隙 滚动体和内、外圈之间存在一定的间隙，因此内、外圈之间可以产生相对位移。,表9-1 各类轴承的公称接触角,(3)偏移角 轴承内、外圈轴线相对倾斜时所夹锐角，称为偏移角。 9.2.2 滚动轴承的基本类型及选择,9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号,1.滚动轴承的基本类型 1)滚动轴承按其所能承受载荷的方向或公称接触角的不同分为向心轴承、推力轴承和角接触轴承三大类。 2)滚动轴承按滚动体的种类分为球轴承和滚子轴承。 3)轴承按游隙能否调整分为可调游隙轴承(如角接触球轴承、圆锥滚子轴承)和不可调游隙轴承(如深沟球轴承、圆柱滚子轴承)。,表9-2 滚动轴承的常见类型和特性,9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号,表9-2 滚动轴承的常见类型和特性,9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号,表9-2 滚动轴承的常见类型和特性,9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号,2.滚动轴承的选择 (1)类型选择 选择轴承类型应考虑以下几方面因素：承受载荷的大小、方向和性质；转速与工作环境；调心性能要求；经济性和其他特殊要求等。 1)载荷条件。 2)转速条件。 3)调心性能。 4)装调性能。 5)经济性。 (2)精度选择 相同型号的轴承，精度越高，价格就越高。 (3)型号(尺寸)选择 根据轴颈直径，初步选择轴承的型号，然后根据轴承的寿命或静强度选择。,9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号,9.2.3 滚动轴承的代号 滚动轴承代号是表示其结构、尺寸、公差等级和技术性能等特性的产品符号。按照GB/T 2721993滚动轴承 代号方法的规定，滚动轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号组成。代号一般印刻在外圈端面上，其排列顺序如下： 1.基本代号,表9-3 基本代号的组成和含义,9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号,(1)内径代号 表示轴承的内径尺寸。 (2)尺寸系列代号 由直径系列代号和宽度系列代号组成。,表9-4 尺寸系列代号,(3)类型代号 用数字或大写字母表示，见表9-2。 2.前置代号 3.后置代号,9.2 滚动轴承的结构、基本类型和代号,(1)内部结构代号 以角接触球轴承的公称接触角变化为例，公称接触角为15时，代号为C；公称接触角为25时，代号为AC；公称接触角为40时，代号为B。 (2)公差等级代号 公差等级按精度由低到高代号依次为/P0、/P6、/P6x、/P5、/P2。 例9-1 说明下列轴承代号的含义：62307、72211AC/P5、6210。 解：62307 轴承内径为35mm，直径系列为3，宽度系列为2，公差等级为P0级，深沟球轴承。 6210 轴承内径为50mm，直径系列为2，宽度系列为0(省略)，公差等级为P0级，深沟球轴承。,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,图9-3 滚动轴承载荷分布,9.3.1 滚动轴承的失效形式和设计准则,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,1.失效形式 (1)疲劳点蚀 在交变接触应力的作用下，滚动体和套圈滚道表面会产生疲劳点蚀，疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。 (2)塑性变形 在过大的静载荷或冲击载荷的作用下，滚动体和套圈滚道易产生塑性变形，表面出现凹坑，从而导致轴承的运动精度降低，产生冲击和振动。 (3)磨损 轴承在多尘或密封不可靠、润滑不良的工作条件下，滚动体或套圈滚道易产生磨损。 2.计算准则 1)一般转速的轴承，轴承的主要失效形式是疲劳点蚀，应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,2)高速轴承，除疲劳点蚀外其工作表面的过热也是主要的失效形式，应进行寿命计算并校核其极限转速。 3)低速轴承，主要失效形式为塑性变形，应进行以不发生塑性变形为准则的静强度计算。 9.3.2 滚动轴承的寿命计算 1.寿命计算中的基本概念 (1)寿命 轴承的任一滚动体或内、外圈滚道上出现疲劳点蚀以前所经历的总转数，或在一定转速下所经历的小时数，称为轴承寿命。 (2)基本额定寿命 一批类型、尺寸相同的轴承，由于材料、加工精度、热处理和装配质量等工艺过程差异的影响，在完全相同的条件下工作，各个轴承的寿命也不尽相同。,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,(3)额定动载荷 基本额定寿命为106转时轴承所能承受的载荷，称为额定动载荷，用C表示。 (4)额定静载荷 轴承工作时，受载最大的滚动体与内、外圈滚道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C0表示，其值可查设计手册。 (5)当量载荷 额定动、静载荷是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。 2.轴承的寿命计算,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,图9-4 滚动轴承的载荷寿命曲线,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-5 温度系数,表9-6 轴承预期寿命的推荐值,3.当量动载荷的计算,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-7 载荷系数,表9-8 径向载荷系数X、轴向载荷系数Y,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-8 径向载荷系数X、轴向载荷系数Y,2.e是判别Fa对当量动载荷影响程度的参数。,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,图9-5 角接触轴承 的内部轴向力,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,4.角接触轴承轴向载荷的计算 (1)角接触轴承的内部轴向力 如图9-5所示，由于结构特点，角接触球轴承和圆锥滚子轴承承受径向载荷Fr时，每个滚动体上的法向力Fi均可分解成径向力Fri和轴向力Fsi，各滚动体上所受轴向分力Fsi合成为轴承的内部轴向力Fs。 (2)角接触轴承的轴向载荷计算 FA为轴向外载荷，计算角接触轴承的轴向载荷Fa时，需将轴承的内部轴向力Fs1和Fs2考虑进去。,表9-9 角接触轴承的内部轴向力,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,图9-6 角接触轴承的两种安装方法及轴向载荷分析 a)正装 b)反装,1)确定轴承内部轴向力的大小和方向。 2)根据FA、Fs1、Fs2判定轴的移动趋势，从而确定轴承的“压紧”端和“放松”端。,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,3)被“压紧”轴承的轴向力等于除其本身的内部轴向力以外的所有轴向力的代数和，被“放松”轴承的轴向力等于其本身的内部轴向力。,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,9.3.3 滚动轴承的静强度计算 对于缓慢摆动或极低速转动的轴承，为避免产生过大的塑性变形，应进行轴承的静载荷计算，来选择轴承的尺寸。,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,1.基本额定静载荷C0 2.当量静载荷P0,3.滚动轴承的静强度计算,9.3.4 滚动轴承的组合设计 为保证滚动轴承的正常工作，除应合理选择轴承的类型和尺寸外，还要综合考虑轴承的固定、装拆、配合、调整、润滑与密封等问题。 1.滚动轴承的轴向固定,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-10 滚动轴承内圈常用的轴向固定方法,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-10 滚动轴承内圈常用的轴向固定方法,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-10 滚动轴承内圈常用的轴向固定方法,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-11 滚动轴承外圈常用的轴向固定方法,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-11 滚动轴承外圈常用的轴向固定方法,2.轴系的轴向固定 (1)两端单向固定支承 如图9-7所示，两端的支承均能限制轴系的一个方向的轴向移动，两个支承合起来就限制了轴的双向移动。,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,(2)一端双向固定、一端游动支承 如图9-8所示，左端轴承限制轴的双向移动，右端轴承可作轴向游动。,图9-7 两端单向固定支承,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,图9-8 一端双向固定、一端游动支承,(3)两端游动支承 如图9-9所示，,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,两端的轴承均不限制轴的轴向移动。,图9-9 两端游动支承,3.轴承组合结构的调整,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,(1)轴承游隙的调整 1)调整垫片。 2)可调压盖。,图9-10 调整垫片,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,图9-11 可调压盖,(2)轴承的预紧 对于内部游隙可调的轴承，,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,为提高轴承的刚度和旋转精度，在安装轴承时使其受到一定的轴向力，消除轴承的游隙并使滚动体和内、外圈接触处产生微小弹性变形，这种方法称为轴承的预紧。 (3)轴系位置的调整 对于某些要求轴上零件具有准确工作位置的场合，必须对轴系的位置进行调整。,图9-12 轴承的预紧,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,图9-13 轴系位置的调整,4.滚动轴承的装拆,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,图9-14 轴承装配,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,图9-15 轴承拆卸,5.角接触球轴承和圆锥滚子轴承的排列方式,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,(1)正装(外圈窄端面相对) 两角接触球轴承或圆锥滚子轴承的压力中心距离2小于两个轴承中点跨距时，称为正装(图9-6a)。 (2)反装(外圈宽端面相对) 两角接触球轴承或圆锥滚子轴承的压力中心距离2大于两个轴承中点的跨距时，称为反装(图9-6b)，显然，轴的热膨胀会增大轴承的轴向游隙。 (3)正、反装的刚度分析 当传动零件悬臂安装时，反装的轴系刚度比正装的轴系高，这是因为反装的轴承压力中心距离较大，使轴承的反力、变形及轴的最大弯矩和变形均小于正装。 9.3.5 滚动轴承的润滑和密封 轴承润滑的作用是减少摩擦和磨损，散热、防蚀和吸振，延长轴承使用寿命。 1.滚动轴承的润滑,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-12 滚动轴承润滑方式的选择,2.滚动轴承的密封,表9-13 常用滚动轴承的密封装置,9.3 滚动轴承的工作情况分析和选择计算,表9-13 常用滚动轴承的密封装置,9.4 滑动轴承的类型,9.4.1 滑动摩擦和润滑状态 滑动轴承相对运动工作表面之间存在滑动摩擦，由于润滑条件不同，摩擦可分为以下四种状态： 1.干摩擦 2.边界摩擦 3.流体摩擦 4.混合摩擦,图9-16 滑动轴承的摩擦状态 a)干摩擦 b)边界摩擦 c)流体摩擦 d)混合摩擦,9.4 滑动轴承的类型,9.4.2 滑动轴承的类型 滑动轴承按承受载荷的方向，可分为径向滑动轴承和推力滑动轴承；按轴系和轴承装拆的需要，可分为整体式和剖分式；按轴颈和轴瓦间的摩擦状态，可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。,9.5 滑动轴承的结构和材料,9.5.