西北工業(yè)大學(xué),機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ),李育錫Ch11a

1、第十一章 支承11-1 概述11-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)和材料11-3 非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計計算11-4 液體摩擦滑動軸承簡介11-5 滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號11-6 滾動軸承的選擇11-7 滾動軸承組合設(shè)計11-8 軸承的潤滑和潤滑裝置11-9 導(dǎo)軌11-1 概述 支承是用來支持運(yùn)動部件，使之按預(yù)定的方向運(yùn)動，并將運(yùn)動部件上的載荷傳至機(jī)架。支承通?？煞譃閮纱箢悾阂活悶檩S承，用以支承旋轉(zhuǎn)軸；另一類為導(dǎo)軌，用以支承移動部件。 支承按其接觸表面摩擦性質(zhì)的不同，又可分為滑動摩擦支承和滾動摩擦支承，因而有滑動軸承和滾動軸承、滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌之分。 就軸承而言，按其所能承受載荷方向的不同，分為向心

2、軸承（承受徑向載荷）、推力軸承（承受軸向載荷）和向心推力軸承（同時承受徑向載荷和軸向載荷）11-1 概述干摩擦狀態(tài) 邊界摩擦狀態(tài) 液體摩擦狀態(tài) 混合摩擦狀態(tài) 滑動摩擦表面之間可以處于各種不同的摩擦狀態(tài)，其大致分為如下四種： 液體（流體）摩擦的兩種形成方法：流體動壓潤滑和流體靜壓潤滑。 滑動軸承根據(jù)摩擦副表面的摩擦狀態(tài)分為液體摩擦滑動軸承和非液體摩擦滑動軸承，液體摩擦滑動軸承又根據(jù)油膜形成的原理分為動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承。11-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)和材料一、滑動軸承的結(jié)構(gòu)一、滑動軸承的結(jié)構(gòu)1.徑向滑動軸承的結(jié)構(gòu)整體式徑向滑動軸承剖分式徑向滑動軸承高速、重載、需要剖分等場合下經(jīng)常用到滑動軸承。1

3、1-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)和材料調(diào)心式滑動軸承（1、3是軸承蓋和軸承座，2是軸瓦）2.止推滑動軸承的結(jié)構(gòu)止推滑動軸承的結(jié)構(gòu)（3是止推軸瓦，4是徑向軸瓦）11-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)和材料二、軸瓦和軸承襯材料二、軸瓦和軸承襯材料表表11-1 常用軸瓦材料的性能常用軸瓦材料的性能材料牌 號pMPavm/spvMPam/s軸頸最小硬度HBS最高工作溫度/C應(yīng)用場合錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6ZSnSb8Cu4平穩(wěn)載荷258020150 150用于高速重載的重要軸承，變載荷下易疲勞，價高沖擊載荷206015鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2151210150 150用于中速、中載軸承，不宜受顯著的沖

4、擊載荷ZPbSb15Sn10201515鑄錫青銅ZCuSn5Pb5Zn58315200280用于中速、中載條件下鑄鋁青銅ZCuAl10Fe315412200280用于潤滑充分的低速重載軸承灰鑄鐵HT15040.5用于低速、輕載、不重要的軸承HT20021HT2501211-3 非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計計算 非液體摩擦滑動軸承的主要失效形式為磨損和膠合。因此其設(shè)計準(zhǔn)則，就是要防止軸承在預(yù)期的工作壽命內(nèi)發(fā)生過度的磨損和膠合破壞。 磨損和膠合過程相當(dāng)復(fù)雜，影響因素又很多，目前只能作條件性驗算，其設(shè)計過程為：首先根據(jù)軸承的工作情況確定軸承類型、材料和尺寸，再對其性能作條件性驗算。 1.確定軸承類型、結(jié)

5、構(gòu)及軸瓦材料 根據(jù)軸承工作條件和要求、載荷的大小和性質(zhì)，確定軸承的類型和結(jié)構(gòu)，選取軸瓦材料。 2.選取軸承的寬徑比一般情況下寬徑比5150.dB，寬徑比不宜過大或過小。 11-3 非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計計算3. 驗算軸承的工作能力p1）驗算軸承的壓強(qiáng) 為防止軸瓦的過度磨損，就應(yīng)控制其單位面積的壓力，即 pBdFp 2）驗算軸承的pv值 為防止軸承工作時產(chǎn)生過多的熱量而導(dǎo)致摩擦面的膠合破壞，就應(yīng)控制單位時間內(nèi)單位面積的摩擦功耗fpv，因摩擦因數(shù)f可近似認(rèn)為是常數(shù)，所以只需控制pv，即 60 100019100FndFnpvpvBdB11-3 非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計計算 3）驗算軸承的滑動速度

6、v 當(dāng)載荷比較小時，p 和pv 值的驗算均合格的軸承，由于滑動速度過高，也會發(fā)生因磨損過快而報廢，故還應(yīng)保證 vv 4.確定軸承與軸頸間的配合表表11-2 滑動軸承配合滑動軸承配合精度等級配合代號應(yīng)用場合7H7/g6磨床和車床分度頭主軸承7H7/f6銑床、鉆床及車床的軸承，發(fā)動機(jī)曲軸和連桿的軸承、減速器的軸承9H9/f9電動機(jī)、離心泵、風(fēng)扇軸承，內(nèi)燃機(jī)主軸承和連桿軸承7H7/e8汽輪發(fā)電機(jī)軸、內(nèi)燃機(jī)凸輪軸、高速轉(zhuǎn)軸、刀架絲桿等軸承11H11/b11, H11/d11農(nóng)業(yè)機(jī)械軸承11-4 液體摩擦滑動軸承簡介 一、液體動壓軸承 液體動壓軸承是利用軸頸和軸瓦的相對運(yùn)動將潤滑油帶入楔形間隙形成動壓油

7、膜，靠液體的動壓平衡外載荷。 1) 軸頸與軸瓦兩工作表面間必須有一個收斂的楔形間隙。 2) 軸頸與軸瓦兩工作表面間必須要有一定的相對速度 3) 供油要充分，且潤滑油要有適當(dāng)?shù)恼扯?。形成動壓油膜需要具備的條件：11-4 液體摩擦滑動軸承簡介 液體靜壓軸承是用油泵把高壓油送到軸承間隙里，強(qiáng)制形成油膜，靠液體的靜壓平衡外載荷。 優(yōu)點：可在轉(zhuǎn)速極低條件下獲得液體摩擦；提高油壓就可提高承載能力，因而在重載條件下也可獲得液體摩擦；摩擦力矩很小，起動力矩小，效率高等。 缺點：是需要一套專用的復(fù)雜的供油系統(tǒng)，設(shè)備費(fèi)用高，維護(hù)管理麻煩。因此只有在液體動壓軸承難于完成任務(wù)時才采用液體靜壓軸承。 二、液體靜壓軸承1

8、1-5 滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號一、滾動軸承的結(jié)構(gòu)一、滾動軸承的結(jié)構(gòu) 與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦阻力小，功耗小，易啟動。滾動軸承多為標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用很廣泛，故由專業(yè)工廠大量生產(chǎn)。 滾動軸承的設(shè)計，主要是根據(jù)軸承使用條件選擇軸承類型和型號，并進(jìn)行軸承組合設(shè)計。 滾動軸承一般由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4組成。滾動軸承由外圈2內(nèi)圈1滾動體3保持架4組成 。11-5 滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號11-5 滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號二、滾動軸承的主要類型及性能二、滾動軸承的主要類型及性能 在滾動軸承的國家標(biāo)準(zhǔn)中，將滾動軸承分為13種基本類型，表11-3中列出了其中常見的8種。 三、滾動軸承代號三、

9、滾動軸承代號表表11-4 滾動軸承代號的構(gòu)成滾動軸承代號的構(gòu)成前置代號基本代號后置代號成套軸承分部件代號內(nèi)部結(jié)構(gòu)、公差等級及材料等類型代號尺寸系列代號內(nèi)徑代號寬度系列代號直徑系列代號 滾動軸承類型較多，每一類型又有不同的結(jié)構(gòu)、尺寸和公差等級，為便于組織生產(chǎn)和選用，有必要對其用統(tǒng)一代號來表示。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T272-1993規(guī)定了軸承代號的表示方法。11-5 滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號11-5 滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號1.基本代號 1）內(nèi)徑代號 用基本代號右起第一、二位數(shù)字表示。以內(nèi)徑d 除以5的商數(shù)為內(nèi)徑代號；對于軸承內(nèi)徑為10mm、12mm、15mm、17mm的軸承，分別用00、01、02

10、、03作為內(nèi)徑代號。 2）直徑系列代號 軸承的直徑系列用基本代號右起第三位數(shù)字表示。如0系列，1系列，2系列，3系列等。直徑系列代號與下面的寬度系列代號統(tǒng)歸為尺寸系列代號。11-5 滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號 3）寬度系列代號 軸承的寬度系列用基本代號右起第四位數(shù)字表示。如0系列，1系列，2系列，3系列等，當(dāng)寬度系列為0系列時，在軸承代號中通常省略。 4）類型代號 用基本代號右起第五位的數(shù)字或字母表示，見表11-3。11-5 滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號2. 前置代號和后置代號 軸承的前置代號用于表示軸承的分部件，用字母表示。 軸承的后置代號用字母和數(shù)字表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差等級及材料等的特殊要求

11、，內(nèi)容較多。 公差等級代號用以表示軸承制造的精度等級，分為0級、6x級、6級、5級、4級和2級，共6個級別，分別用/P0、/P6x、/P6、/P5、/P4、/P2表示，精度按以上次序由低到高，0級在軸承代號中省略不標(biāo)出。11-6 滾動軸承的選擇一、滾動軸承的類型選擇一、滾動軸承的類型選擇類型選擇主要考慮軸承承受的載荷、軸承的轉(zhuǎn)速、軸承的調(diào)心性能等因素。 滾動軸承的選擇，首先是類型選擇，然后再確定軸承尺寸。1 軸承承受的載荷 軸承的類型選擇主要決定于載荷大小、方向和性質(zhì)。2 軸承的轉(zhuǎn)速 軸承的類型選擇需要考慮軸承轉(zhuǎn)速的限制影響。3 軸承的調(diào)心性能 類型的選擇還需要考慮軸承裝拆、調(diào)整和游隙控制等因

12、素。11-6 滾動軸承的選擇二、滾動軸承尺寸的選擇二、滾動軸承尺寸的選擇1.滾動軸承的失效形式、基本額定壽命及基本額定動載荷 滾動軸承因工作條件不同而有不同的失效形式，失效形式也有多種。滾動軸承的主要失效形式是疲勞點蝕，軸承點蝕破壞后，軸承會發(fā)生振動、噪聲、發(fā)熱和旋轉(zhuǎn)精度下降等問題。 滾動軸承的壽命是指出現(xiàn)疲勞點蝕前轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)，或在一定轉(zhuǎn)速下總的工作小時數(shù)。但工程中為保證軸承工作可靠，國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定以基本額定壽命為計算依據(jù)。 軸承的基本額定壽命是指一批軸承，在同樣工作條件下，其中10%的軸承產(chǎn)生疲勞點蝕，而90%的軸承不產(chǎn)生疲勞點蝕時轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)，以L10表示。 11-6 滾動軸承的選擇 滾

13、動軸承的額定壽命與軸承承受的載荷大小有關(guān)，為了表達(dá)各種型號軸承的承載特性，規(guī)定軸承基本額定壽命L10為106r（轉(zhuǎn)）時，軸承所能承受的最大載荷稱為軸承的基本額定動載荷，用字母C 表示。不同型號軸承有不同的C值，表達(dá)了不同型號軸承的承載特性。軸承的基本額定動載荷是通過試驗獲得的。 2.軸承的壽命計算 滾動軸承壽命計算的兩個命題：1） 軸承承受的載荷為P時，計算軸承的基本額定壽命；2) 在載荷P作用下，要求軸承預(yù)期壽命為Lh，計算軸承的基本額定動載荷C。11-6 滾動軸承的選擇軸承的基本額定壽命與載荷之間滿足如下關(guān)系 PCL10式中，L10的單位為106r；C和P的單位為N。 若軸承轉(zhuǎn)速為n(r/

14、min)，以小時數(shù)(h)表示的軸承壽命公式為PCnL60106h 當(dāng)有必要時，引入了溫度系數(shù)和載荷系數(shù)，軸承壽命計算公式為 PfCfnLPt6h601011-6 滾動軸承的選擇若載荷P 和轉(zhuǎn)速n 已知，并取軸承的預(yù)期壽命為hL應(yīng)具有的基本額定動載荷C 為，則所選軸承LnfPfC16htP106011-6 滾動軸承的選擇表表11-6 載荷系數(shù)載荷系數(shù)PfPf載荷性質(zhì)應(yīng)用舉例無沖擊或輕微沖擊1.01.2電動機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等中等沖擊1.21.8車輛、減速器、起重機(jī)、造紙機(jī)、機(jī)床等強(qiáng)烈沖擊1.83.0破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動篩等工作溫度120C1251501752002252503003501.

15、000.950.900.850.800.750.700.600.50tf表表11-5 溫度系數(shù)溫度系數(shù)tf11-6 滾動軸承的選擇3.當(dāng)量動載荷當(dāng)量動載荷P 可用下式計算arYFXFP 軸承額定動載荷是在規(guī)定的實驗條件下獲得的，實際工程中的軸承載荷與其有區(qū)別，故需將實際軸承載荷換算成與C試驗條件一致情況下的等效載荷，稱為當(dāng)量動載荷P。式中，F(xiàn)r為軸承承受的徑向載荷；Fa軸承承受的軸向載荷；X為徑向載荷系數(shù)；Y為軸向載荷系數(shù)；X、Y值可查表11-7.11-6 滾動軸承的選擇4角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向載荷Fa的計算11-6 滾動軸承的選擇 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承在結(jié)構(gòu)上有接觸角，因此軸承

16、承受著徑向方向和軸向方向上的載荷。即使在只有徑向力Fr作用時，各滾動體也會產(chǎn)生軸向分力，如圖所示。各滾動體所受軸向分力之和即為軸承的派生軸向力Fs，可以按照表11-8中的公式計算。表表11-8 角接觸軸承派生軸向力角接觸軸承派生軸向力F Fs s軸承類型角接觸球軸承圓錐滾子軸承=15=25=40 FseFr0.68Fr1.14Fr)2/(rYF11-6 滾動軸承的選擇 為了使角接觸軸承的派生軸向力得到平衡，以免軸串動，角接觸軸承都是成對使用、對稱安裝的。有兩種安裝方式：11-6 滾動軸承的選擇當(dāng)s1s2A FFF時： s2A1a+F= FFs22a= FF當(dāng)s1s2A FFF時： s11a=

17、FFAs12aF= FF 軸承軸向載荷Fa的計算，應(yīng)當(dāng)將由徑向載荷Fr產(chǎn)生的派生軸向力Fs和軸上作用的軸向載荷一并加以考慮。 11-6 滾動軸承的選擇5滾動軸承的靜載荷 在實際應(yīng)用中，有一些滾動軸承是應(yīng)用在基本不旋轉(zhuǎn)，或慢慢擺動，或轉(zhuǎn)速極低的情況下的。在這種情況下，滾動軸承的失效形式為軸承元件產(chǎn)生過大的塑性變形。 使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值的載荷作為軸承的基本額定靜載荷，用C0表示。 按軸承靜承載能力選擇軸承的公式為000PSC S S0為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，P0為軸承的當(dāng)量靜載荷11-7 滾動軸承組合設(shè)計 為了保證軸承能正常工作，除要正確選擇軸承類型和尺寸外，

18、還需要進(jìn)行軸承組合設(shè)計。 軸承組合設(shè)計處理軸承的配置、緊固、調(diào)整、裝拆、潤滑和密封等問題。軸承的組合設(shè)計與軸承外圍零部件、使用要求和現(xiàn)場條件等有關(guān)。 下面討論軸承組合設(shè)計中的幾個關(guān)鍵問題。11-7 滾動軸承組合設(shè)計一、滾動軸承的軸向緊固一、滾動軸承的軸向緊固 （a）單向固定支點 （b）雙向固定支點 （c） 雙向固定支點 （d） 游動支點 軸承內(nèi)圈軸向緊固是為了確定軸承內(nèi)圈在軸上的位置。 軸承外圈軸向緊固是為了確定軸承外圈在機(jī)架上的位置。 通過固定軸承套圈使得軸移動受到單向限制的支點稱為單向固定支點；軸移動受到雙向限制的支點稱為雙向固定支點；軸移動不受限制的支點稱為游動支點。11-7 滾動軸承組

19、合設(shè)計二、滾動軸承的組合設(shè)計二、滾動軸承的組合設(shè)計滾動軸承的典型組合支承方式可以分為三類。1雙支點各單向固定：軸兩端軸承均為單向固定支點。2一支點雙向固定，另一支點游動：軸的一端軸承為雙向固定支點，另一端軸承為游動支點。3雙支點游動：軸兩端軸承均為游動支點。 軸承組合設(shè)計要保證軸和軸上零件具有正確可靠的工作位置，防止軸向串動，同時要保證軸承不會卡死。11-7 滾動軸承組合設(shè)計1雙支點各單向固定雙支點各單向固定只適用于熱伸長量不大的短軸 單向固定支點 單向固定支點 單向固定支點 單向固定支點11-7 滾動軸承組合設(shè)計2一支點雙向固定，另一支點游動這種支承方式適用于支點跨距較大或工作溫度較高的軸。

20、 雙向固定支點 游動支點 游動支點 3雙支點游動 其左、右兩端均為游動支點，此種支承方式一般只用在人字齒輪傳動這種特定的情況下。11-7 滾動軸承組合設(shè)計三、滾動軸承的配合三、滾動軸承的配合 滾動軸承在機(jī)器中依靠配合來保證其相對位置和旋轉(zhuǎn)精度。 滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制。 四、滾動軸承的裝拆和調(diào)整四、滾動軸承的裝拆和調(diào)整圖1118 軸承的裝拆 圖1119 拆卸高度和拆卸螺孔11-7 滾動軸承組合設(shè)計 軸承安裝后，需進(jìn)行仔細(xì)調(diào)整。一方面是為了保證軸承中的正常游隙，另一方面是為了調(diào)整軸上的傳動零件能處于正確的嚙合位置。 11-7 滾動軸承組

21、合設(shè)計 五、滾動軸承的密封五、滾動軸承的密封 （a）氈圈密封 （b）唇形密封圈密封 （c） 油溝密封 （d）迷宮密封 軸承的密封是為了防止外部灰塵、水分和其它雜質(zhì)進(jìn)入軸承，同時阻止軸承內(nèi)部的潤滑劑流失。 軸承密封方法：接觸式密封、非接觸式密封和組合密封。118 軸承的潤滑和潤滑裝置 一、潤滑劑的種類一、潤滑劑的種類 軸承常用的潤滑劑分為氣體潤滑劑、液體潤滑劑、半固體潤滑劑和固體潤滑劑等。 二、潤滑劑的選擇二、潤滑劑的選擇 滑動軸承潤滑劑的選擇：潤滑油主要按粘度進(jìn)行選擇。 滾動軸承潤滑劑的選擇：根據(jù)DN值進(jìn)行選擇，采用潤滑脂時還需要注意其填充量。118 軸承的潤滑和潤滑裝置三、潤滑方法和裝置三、潤滑方法和裝置 油環(huán)