轴承概念和轴承介绍.ppt

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1、轴承概念和轴承介绍,第一节 滚动轴承的类型、代号及选用,第二节 滚动轴承的失效分析和选择计算,第三节 滚动轴承组合结构分析,第四节 滚动轴承的润滑与密封,第五节 滑动轴承简介,什么是轴承,轴承的功用：支承轴及轴上回转零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。,径向滑动轴承,推力滑动轴承,滚动轴承（向心轴承）,滚动轴承（推力轴承）,第一节 滚动轴承的类型、代号及选用,各零件的作用：,外圈：支承轴或轴上 零件；,保持架:将滚动体分开。,内圈：和轴颈装配；,滚动体：滚动接触；,滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。,一、滚动轴承的基本构造,滚动体与内外圈：要求高的硬度和接触疲劳强

2、度、良好的耐磨性和冲击韧性。含铬合金钢（GCr15、GCr6、GCr15SiMn、GCr9等），热处理后硬度可达HRC61-65。,滚动副的材料要求：,保持架（2种）：冲压低碳钢，实体有色金属（如黄铜）或塑料(高速)。,优点：摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等。,缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。,二、滚动轴承类型及特点,1、滚动轴承的结构特点,（1）公称接触角,滚动轴承的公称接触角 指轴承的径向平面（垂直于轴线）与滚动体和滚道接触点的公法线之间的夹角。,轴向承载能力,（2）角偏位,轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内、外圈发生相对倾斜，此倾斜角称为角偏位,(3)游隙,轴

3、承的内、外圈与滚动体之间的间隙量。,在一定的载荷及润滑条件下，轴承许可的最高转速,(4)极限转速,的措施,提高轴承精度,选用较大的游隙,改用特殊材料及结构的保持架,采用循环润滑、油雾润滑或喷射润滑,设置冷却系统,=0,2、滚动轴承的类型,圆柱滚子,圆锥滚子,球面滚子,滚针,球轴承,滚子轴承,表10-2 滚动轴承的主要类型和特性,轴承名称、类型代号,结构简图,承载方向,极限转速,允许角偏差,主要特性和应用,调心球轴承10000,中,2 3,主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。,轴承类型,按载荷方向分,按滚动体形状分,向心轴承,推力轴承,一

4、、分类,向心推力轴承,二、滚动轴承的代号,宽(高)度系列代号,直径系列代号,类型代号,尺寸系列代号,2.基本代号：表示轴承的基本类型、结构和尺寸。,类型代号-左起第一位，为0（双列角接触球轴承）则省略。iko轴承,成套轴承分部件代号,1.前置代号-成套轴承分部件代号。如:K滚动体与保持架组件,6,7,3,5,N,4,1,2,尺寸系列代号-左起第二、三位。,区别具有相同套圈内外径而宽（高）度不同的轴承,区别具有相同套圈内径而滚动体尺寸不同导致的套圈外径不同的轴承,宽度系列与直径系列,内径代号-基本代号左起第四、五位。,3.后置代号-用字母（或加数字）表示（“”“/”除外）,注：公差等级中0级最低

5、，向右依次增高，2级最高。,滚动轴承代号示例,6 2 2 03,7(0)3 12 AC/P6,公差等级为0级;游隙组为0组；,游隙组为0组；,N 1 05/P5,游隙组为0组；,3 0 2 13,游隙组为0组；公差等级为0级;,1、载荷性质、大小和方向,四、滚动轴承的类型选择,载荷方向：,向心轴承用于受径向力；,载荷方向：,向心轴承用于受径向力；,向心推力轴承用于承受径向力和轴向力联合作用；,载荷方向：,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轴向力联合作用；,载荷大小：,一般：滚子轴承(1.53)球轴承,当d 20 mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。

6、,在同样的外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承。,载荷大小,小：,球轴承(点接触),大：,滚子轴承(线接触),载荷方向,：深沟球轴承(6类),圆柱滚子轴承,：推力球轴承(5类),推力滚子轴承,和,(6类),(5类)+(6类),角接触球轴承(7类),圆锥滚子轴承(3类),、,载荷性质,平稳：,球轴承,冲击：,滚子轴承,2、转速和旋转精度,球轴承 极限转速 和 旋转精度 比滚子轴承的高,推力轴承 极限转速 低(离心力使滚动体与保持架摩擦严重),整体保持架 极限转速 比分离的高,球轴承,滚子轴承,高速、轻载,低速、重载,3、调心性能,4、其它,支承刚度差、轴承座孔不同心、多支点,内外圈相对偏转一

7、定角度仍可正常运转,装拆方便,价格,球轴承比滚子轴承低,精度低的价格低(一般公差等级选 0 级),内外圈分离的轴承(圆锥滚子轴承),一、滚动轴承的失效形式与计算准则,第二节 滚动轴承的失效分析和选择计算,1、失效形式,疲劳点蚀,塑性变形,磨损,受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力，下半圈受力大小方向均不同。,受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；,2、计算准则,对一般转速（n 10 r/min）轴承，疲劳点蚀是主要失效形式，应进行寿命校核计算；,对静止或极慢转速（n10 r/min）轴承，承载能力取决于所允许的塑性变形，应进行静强度计算；,对高速轴承，除进行寿命计算外，还应进行极限转速校核计算。

8、,单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命,基本额定寿命：一批相同轴承在试验条件下，10%的轴承发生疲劳点蚀时所达到的寿命,对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为 90%,二、滚动轴承的寿命计算,1、寿命和基本额定寿命,寿命：轴承中任一滚动体或内外圈滚道上出现疲劳点蚀前运转的总转速（或一定转速下的工作小时数）,(1)载荷-寿命曲线,对一批轴承，在不同载荷下作寿命试验所得曲线,(2)基本额定动载荷,基本额定动载荷 C,径向,轴向,向心轴承 纯径向稳定载荷,推力轴承 纯轴向稳定载荷,同类轴承：,2、基本额定动载荷,6305,3、滚动轴承寿命计算公式,球轴承,滚子轴承,外载为 P 时轴承的寿命,

9、以小时表示,：轴承转速r/min,若已知,则所需基本额定动载荷,：寿命指数,校核轴承寿命,已知,轴承型号(即C),外载,轴承寿命,预期寿命,？,？,选择轴承型号(即C),已知,外载,预期寿命,满足预期寿命时轴承的,所选轴承的,4、轴承的当量动载荷,基本额定动载荷 C,向心轴承,纯径向载荷,纯轴向载荷,推力轴承,复合作用,实际工作中，轴承同时受,纯载荷,当量动载荷,假想载荷,在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同,考虑实际工况，引入载荷系数,在进行轴承寿命计算时，应把实际载荷换算成与试验条件相一致的当量动载荷P。换算的条件是在当量动载荷作用下的轴承寿命与在实际载荷作用下的轴承寿命相同。

10、,对仅能承受径向载荷的轴承,对仅能承受轴向载荷的轴承,对其它轴承，根据判断Fa/Fre还是Fa/Fre，查阅滚动轴承样本或机械设计手册，参数e是判断系数。见表1010,而：,径向载荷 FR的计算见轴系受力分析，即：,1）角接触轴承的内部轴向力 S,向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生内部轴向分力 S。,O,O 支反力作用点，即法线与轴线的交点。,表1011给出了S 的近似计算方法。,角接触球轴承,内部轴向力：,注意 S 的方向,5、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷的计算,2）角接触轴承的排列方法,为使 S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。,一般有两种安装

11、形式：,正装 面对面安装,两轴承外圈的窄边相对，,即内部轴向力指向相对。,反装 背靠背安装,两轴承外圈的宽边相对，,即内部轴向力指向相背。,正装时跨距短，轴刚度大；,反装时跨距长，轴刚度小；,问题：两个角接触轴承朝一个方向布置行吗？,为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点。,跨距大，受力情况不好轴的刚度小,跨距小，受力情况好轴的刚度大,3）角接触轴承的轴向载荷Fa,当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷 Fa？,要同时考虑轴向外载 F A和内部轴向力 S。,轴承正装时：,若 S1+FA S2,圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，

12、,但外圈被固定，,使得,S2 和 S 都是右轴承所受的力，故：,使轴向力平衡，,故：,右轴承被压紧，会产生反力S，,而左轴承被放松，,即：Fa1=S1（放松端）Fa2=S1 FA（压紧端）,若 S1+FA S2,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,S1 和 S 都是左轴承所受的力，故：,使轴向力平衡：,故：,左轴承被压紧，会产生反力S，,而右轴承被放松，,即：,（压紧端）,（放松端）,轴承反装时：,若 S2+FA S1,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，,左轴承被压紧，会产生反力S，,使轴向力平衡：,（压紧端）,（放松端）,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,右轴承被压紧，会产生反力S，,使轴

13、向力平衡：,若 S2+FA S1，,（放松端）,（压紧端）,归纳如下：,(1)根据排列方式判明内部轴向力 S 1、S2 的方向；,(2)判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，,分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”；,(3)“放松”端的轴向载荷等于自身的内部轴向力，,“压紧”端的轴向载荷等于除去自身内部轴向力外其它轴向力的代数和。,（如深沟球轴承）,因为：0,S10，S2 0,所以：FaFA,图中：,Fa 10,Fa 2FA,对于能够承受少量轴向力而0 的向心轴承：,三、滚动轴承的静强度计算,强度条件：,目的：防止在载荷作用下产生过大的塑性变形。,基本额定静载荷C0：,滚动轴承受载后，在承载

14、区内受力最大的滚动体与滚道接触处的接触应力达到一定值时的静载荷,静径向载荷系数,静轴向载荷系数,静强度安全系数,例102 齿轮减速器的高速轴，用一对深沟球轴承作为支承，转速n 3000 r/min，受力较大的轴承径向载荷径向载荷Fr4800 N，轴向载荷Fa2500 N，有轻微冲击，工作温度不超过100。轴径d 70 mm，要求轴承寿命Lh5000h，试选定轴承型号。,Fa/C0 值,Fa/FR 值,e,X、Y,载荷系数fp,温度系数ft,当量动载荷P,基本额定动载荷计算值C,0.0396,0.0252,表1010,0.24,0.21,0.52e,0.52e,X=0.56,Y=1.88,X=0

15、.56,Y=2.07,表1010,表109,表107,P=fp（XFrYFa）,N,N,1.00,1.00,1.2,1.2,8865.6,9435.6,85596C,91100 C,12,63146414,80200108000,6320099200,150180,3542,43003800,例103 某工程机械传动中轴承配置形式如图所示。已知：轴向外载荷FA2000N，轴承径向载荷Fr14000N,Fr25000N.转速n1500r/min,中等冲击，工作温度不超过100，要求轴承预期寿命Lh=5000h.问采用30311轴承是否合适？,解：,查手册30311轴承Y=1.7,e0.35，C1

16、45000N,查表1011得：,轴有右移趋势,轴承1压紧，轴承2方松,1、计算轴承所受轴向载荷Fa,2、计算当量动载荷P,轴承1,由表1010查得X=0.40,已知Y=1.7,中等冲击载荷，查表109取fp1.6,则,轴承2,3、验算基本额定动载荷C,查表107，取ft1.00,滚子轴承,结论：采用一对30311圆锥滚子轴承寿命足够,例题一,例 一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d 35 mm，转速n 2900 r/min，径向载荷Fr1770 N，轴向载荷Fa720 N，预期使用寿命为6000 h，试选择轴承的型号。分析：本题的特点是深沟球轴承同时承受径向载荷和轴向载荷，但由于轴承型号

17、未定，C0r之值未定，因此Fa/C0r、e及Y值都无法确定，必须试算。试算的方法有三种：（1）预选某一型号的轴承；（2）预选某一e值（或Fa/C0r值）；（3）预选某一Y值。由于此处轴颈直径已知，现采用预选轴承型号的方法。,例题一解,例题一解,对6407轴承,对6307轴承,例题二,例 如图所示为用一对30206圆锥滚子轴承支承的轴，轴的转速n 1430 r/min，轴承的径向载荷（即支反力）分别为Fr14000 N，Fr24250 N，轴向外载荷FA350 N，方向向左，工作温度低于100C，有中等冲击。试计算两轴承的寿命。,例题二解,例题二解,由手册查得30206轴承：Cr43200N，e

18、=0.37，X0.4，Y=1.6 计算派生轴向力,计算轴承的轴向载荷,计算轴承的当量动载荷,计算轴承的寿命,1两端单向固定,一、轴系的支承结构型式,第三节 滚动轴承的组合结构分析,2一端双向固定、一端游动,内外圈不可分离，游动端双向固定内圈,内外圈可分离，游动端双向固定内外圈,轴承内圈固定方法,轴承外圈固定方法,二、滚动轴承的轴向固定,1轴承游隙的调整,三、轴系的调整,调整垫片,调整螺钉,2轴系轴向位置的调整,套杯结构,加金属垫片 磨窄套圈,3轴承的预紧,消除游隙、提高旋转精度和支承刚度,四、轴承的配合,配合,内圈与轴,外圈与座孔,内圈(动圈)取紧一点,外圈(不动圈)取松一点,避免滚道上某一接

19、触点始终停留在 A 处,平稳 取松一点,变化 取紧一点,取松一点,滚动轴承是标准件，轴承内圈孔与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合则采用基轴制。,五、轴承的装拆,轴承外圈的拆卸,用钩爪器拆卸轴承,外圈应留拆卸高度或设计拆卸螺孔,定位轴肩高度应低于内圈高度,第四节、轴承的润滑与密封,(1)轴承的润滑,减摩、降温,润滑脂,润滑油,重载、低速,定期添加,高速、精密件,手工定期加油、飞溅、油泵,(2)轴承的密封,接触式,非接触式,毡圈密封,密封圈密封,间隙密封,迷宫密封,防油流出、防尘进入,密封圈密封,防漏油,防灰尘,适用场合：脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度v45 m/s，工作温度不超

20、过90,适用场合：脂或油润滑，轴颈圆周轴速度v45 m/s，工作温度:-40100,接触式密封：,适用场合：脂润滑，要求环境干燥清洁。,隙缝密封,=0.10.3 mm,非接触式密封：,=0.10.2 mm,=1.52 mm,适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封 用脂的滴点。密封效果可靠。,迷宫式封圈,一、滑动轴承的类型和结构,第五节 滑动轴承简介,滑动轴承与轴直接接触，表面存在,压力,相对滑动，滑动摩擦,摩擦状态分：,干摩擦,：无任何润滑剂,非液体摩擦,液体摩擦,：接触面间少量润滑油，形成一层及其薄且牢固的润滑油膜。,：有一定压力的润滑油膜。摩擦因数很小，摩擦阻力小，无磨损,按工作时的

21、摩擦状态分,液体摩擦轴承 非液体摩擦轴承,边界润滑状态下的滑动轴承混合摩擦状态下的滑动轴承,液体动压滑动轴承液体静压滑动轴承,分类,径向滑动轴承推力滑动轴承,按承受的载荷分,滑动轴承的适用场合,低速低载、精度不高,非液体摩擦滑动轴承,高速,滚动轴承寿命大为降低,重载,滚动轴承造价高,承受巨大冲击和振动载荷,油膜的缓冲和阻尼作用,支承精度特别高,滑动轴承零件少,某些特殊场合,受径向尺寸限制、曲轴轴承等,二 滑动轴承的结构,一、径向滑动轴承 1.整体式轴承 2.剖分式轴承 3.调心式滑动轴承,1轴承座；2整体轴瓦；3油孔；4螺纹孔,1.整体式轴承,整体式轴承特点：,2 安装轴承作轴向位移，不方便,

22、1无法调节轴颈和轴承孔间隙，磨损后必须更换轴套,应用场合：,低速、轻载或间歇运转,绞车、手动起重机,1轴承座；2轴承盖；3双头螺柱；4螺纹孔；5油孔；6油槽；7剖分式轴瓦,2.剖分式轴承,特点：装拆方便，间隙可调，应用广,所受径向载荷一般在剖分面的垂直中心线35度范围内，否则须采用斜剖分。,3.调心式滑动轴承（当宽径比B/d1.5-1.75),（a）空心式;（b）、（c）单环式;（d）多环式,二、推力滑动轴承的形式(实心式靠近轴心处压强很高）,三、轴瓦结构与轴承材料1、轴瓦结构,整体式轴瓦,剖分式轴瓦,滑动轴承的失效形式与轴瓦结构,整体式轴瓦:为一整体套筒剖分式轴瓦:由上下两半组成。,轴瓦和轴

23、承座不允许有相对移动，为了防止轴瓦的移动，可将其两端做出凸缘(图8-7b)用于轴向定位或用销钉(或螺钉)将其固定在轴承座上、孔与套过盈配合(图8-9)。,图8-9双金属轴瓦图8-10销钉固定轴瓦,为使轴瓦既有一定的强度，又有良好的减摩性，常在轴瓦内表面浇注一层减摩好材料（如轴承合金），称为轴承衬。,轴瓦是轴承的重要元件，与轴承相对滑动构成摩擦副，所以轴瓦应用减摩材料制成。,图 1029轴瓦与轴承衬结合形式,5.粉末冶金材料 由金属粉末和石墨高温烧结成型,是一种多孔结构金属合金材料。在孔隙内可以贮存润滑油，常称为含油轴承。运转时，轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，因而自动进入摩擦表面起到润

24、滑作用。常用于轻载、低速且不易经常添加润滑剂的场合。,轴承材料,滑动轴承的主要失效形式为磨损和胶合，有时也会有疲劳损伤、轴承衬脱落等,1.轴承合金（又称巴氏合金或白合金）,2.青铜3.铸铁4.非金属材料,由 锡（Sn）铅（Pb）锑（Sb）铜（Cu）组成以锡（Sn）为基体的称为锡基合金，以铅（Pb）为基体的称为铅基合金。轴承合金的嵌藏性、磨合性和顺应性最好，很容易和轴颈跑合，但强度低。,一、油孔及油沟 目的把润滑油导入整个摩擦面间，使滑动轴承获得良好的润滑。,四 滑动轴承的润滑剂及润滑装置,原则（1）油沟的轴向长度应比轴瓦长度短（大约为轴瓦长度的80%），不能沿轴向完全开通，以免油从两端大量流失

25、；（2）油孔及油沟应开在非承载区，以免破坏承载区润滑油膜的连续性，降低轴承的承载能力。,油孔及油沟,二、润滑剂的选择 作用 降低摩擦功耗，减少磨损，同时冷却、吸振、防锈 种类 滑动轴承常用的润滑剂有润滑油、润滑脂和固体润滑剂等。主要性能指标 黏度（针入度）,润滑油的选择,(1)钙基润滑脂:有较好的耐水性,但不耐热(使用温度不超过60)；,(2)钠基润滑脂:耐热性较好(使用温度可达115145),但抗水性差；,(3)锂基润滑脂:性能良好,既耐水又耐热,在-20150范围内广泛应用。,润滑脂,三、润滑装置,润滑方式选择依据：轴承的平均压强和,旋盖式油杯,针阀式注油油杯,油环润滑,1.转速特别高的场合;2.载荷特别大的场合;3.对轴的支承精度要求特别高的场合;4.承受较大冲击、振动的场合;5.径向空间比较小的场合;6.特殊的支承场合，如曲轴;7.特殊的使用场合，如水下、有腐蚀的介质。,主要应用场合,1 熟练掌握滑动轴承的类型和结构特点；2 掌握轴瓦材料和轴瓦结构；3 熟悉润滑油和润滑脂的性能和选择原则；,要求：,