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1、机械设计基础第10章轴承第10章轴承10.1滚动轴承10.2滑动轴承10.3滚动轴承与滑动轴承的比较及选用10.4基本技能训练减速器轴承组件拆装第10章轴承图10-1滑动轴承第10章轴承图10-2滚动轴承10.1滚动轴承10.1.1滚动轴承的构造、类型及特点1.滚动轴承的构造图10-3滚动轴承的构造10.1滚动轴承图10-4滚动体的形状10.1滚动轴承图10-5滚动轴承的公称接触角2.滚动轴承的类型10.1滚动轴承1)按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同可分为向心轴承和推力轴承(表10-1)。向心轴承又可分为径向接触轴承和向心角接触轴承。径向接触轴承的公称接触角0，主要承受径向载荷，有些可承
2、受较小的轴向载荷；向心角接触轴承公称接触角的范围为045，能同时承受径向载荷和轴向载荷。推力轴承又可分为推力角接触轴承和轴向接触轴承。推力角接触轴承的范围为4590，主要承受轴向载荷，也可以承受较小的径向载荷；轴向接触轴承的90，只能承受轴向载荷。10.1滚动轴承表10-1各类轴承的公称接触角2)按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承。3)按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。4)按安装轴承时其内、外圈可否分别安装，分为可分离轴承和不可分离轴承。5)按公差等级可分为0、6、5、4、2级滚动轴承，其中2级精度最高，0级为普通级。10.1滚动轴承6)按运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。
3、3.滚动轴承的特点1)滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、旋转精度高、润滑和维修方便等优点，广泛应用于各种机械设备中。2)滚动轴承类型较多，载荷、转速及工作温度的适应范围广，因而广泛应用。3)滚动轴承已标准化，由专业轴承厂大批量生产，质量可靠、价格便宜，方便设计者根据需要直接选用设计。4)滚动轴承承受冲击载荷能力较差，工作时有振动和噪声，高速、重载时，使用寿命较短。5)滚动轴承一般径向尺寸较大且轴承不能剖分。10.1滚动轴承表10-2常用滚动轴承的类型、代号及特性10.1滚动轴承表10-2常用滚动轴承的类型、代号及特性10.1滚动轴承表10-2常用滚动轴承的类型、代号及特性10.1滚动轴
4、承2.基本额定动载荷比：同尺寸系列各类轴承的基本额定动载荷与深沟球轴承的基本额定动载荷之比。3.价格比是以深沟球轴承为基数1。10.1.2滚动轴承的代号滚动轴承的类型很多，为了便于组织生产、设计和选用，GB/T 2721993规定了滚动轴承代号的结构及表示方法，滚动轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成，其表达方式见表103。表10-3轴承代号的构成1.基本代号(1)类型代号用数字或大写英文字母表示，见表10-4。10.1滚动轴承表10-4一般滚动轴承类型代号(2)尺寸系列代号由轴承的宽(高)度系列代号和直径系列代号组合而成，见表10-5。10.1滚动轴承表10-5向心轴承、推力轴承尺寸系
5、列代号10.1滚动轴承图10-6直径系列对比10.1滚动轴承2.前置代号和后置代号表10-6轴承内径代号(3)内径代号表示轴承的内径尺寸，见表10-6。10.1滚动轴承表10-7前置、后置代号10.1滚动轴承表10-8后置代号的内部结构代号及含义加强型(即为内部结构设计改进)，增大轴承承载能力的轴承。表10-9后置代号中的公差等级代号及其含义10.1滚动轴承表10-10后置代号中的游隙代号及其含义(摘录)10.1滚动轴承表10-11后置代号中的配置代号及其含义(摘录)3.滚动轴承代号示例(0)2尺寸系列代号，宽度系列代号为0(省略)，2为直径系列代号。10.1.3滚动轴承的失效和计算1.滚动轴
6、承的失效形式及计算准则(1)失效形式滚动轴承的失效形式主要有三种：疲劳点蚀、塑性变形和磨损。10.1滚动轴承1)疲劳点蚀。2)塑性变形。3)磨损。(2)计算准则1)一般转速的轴承，即10 r/minnnlim，应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。2)对于高速轴承，除疲劳点蚀外，其工作表面的过热也是重要的失效形式，因此除需进行寿命计算外还应校验其极限转速。3)对于低速轴承，即n10r/min，可近似地认为轴承各元件是在静应力作用下工作的，其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。10.1滚动轴承2.滚动轴承的寿命计算(1)有关寿命计算的相关基本概念1)轴承寿命。2)基
7、本额定寿命。3)基本额定动载荷。4)当量动载荷。10.1滚动轴承表10-12当量动载荷的载荷系数X、Y10.1滚动轴承表10-12当量动载荷的载荷系数X、Y10.1滚动轴承2.e是判别轴向载荷Fa对当量动载荷P影响程度的系数。表10-13载荷系数(2)滚动轴承的寿命计算通过大量的实验证明，滚动轴承的载荷与寿命之间的关系曲线满足下面的函数式10.1滚动轴承表10-14温度系数10.1滚动轴承表10-15轴承预期寿命推荐值3.向心角接触轴承轴向载荷计算(1)内部轴向力S的确定向心角接触轴承包括向心角接触球轴承(70000型)和圆锥滚子轴承(30000型)，在承受径向载荷时，由于接触角的作用，会产生
8、派生的轴向力S，见表10-16。10.1滚动轴承图10-7角接触轴承轴向载荷分析a)正装b)反装表10-16角接触轴承的内部轴向力S2.表中的Y值是表10-12中Fa/Fre时Y值。10.1滚动轴承(2)轴向载荷的计算确定向心角接触轴承的轴向载荷时，应同时考虑径向力引起的内部轴向力S和作用于轴上的其他轴向力Fa，根据整个轴上所有轴向力之间的平衡关系确定两轴承最终受到的轴向载荷Fa1和Fa2。1)根据轴承的安装方式，确定内部轴向力的大小及方向。2)判断全部轴向载荷合力的方向，确定被压紧的轴承(紧端)及被放松的轴承(松端)。3)“紧端”轴承所受的实际轴向载荷，等于所有外部轴向力与“松端”轴承内部轴
9、向力的代数和；“松端”轴承所受的实际轴向载荷，等于自身内部轴向力。10.1滚动轴承4.滚动轴承的静强度计算表10-17静负荷的安全系数5.滚动轴承的极限转速验算10.1滚动轴承10.1.4滚动轴承的选用1.影响轴承承载能力的参数(1)游隙内、外圈滚道与滚动体之间的间隙为游隙，即为当一个座圈固定时，另一座圈沿径向或轴向的最大移动量(通常用表示)。(2)极限转速滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速称为极限转速。(3)偏位角安装误差或轴的变形等都会引起轴承内外圈中心线发生相对倾斜，其倾斜角称为偏位角。10.1滚动轴承(4)接触角由轴承结构类型决定的接触角称为公称接触角，如表10-1所列。图
10、10-8滚动轴承偏位角10.1滚动轴承图10-9接触角的变化10.1滚动轴承2.滚动轴承的选择(1)滚动轴承类型的选择各类轴承的基本特点已在表10-2中进行了说明。1)轴承承受载荷。2)转速条件。3)安装调整性能。4)调心性能。5)经济性。(2)轴承尺寸的选择在选定轴承的类型后，求出轴承的当量动载荷P(或当量静载荷PO)，代入式(10-7)求出要求的基本额定动载荷C，然后查有关的轴承手册确定轴承的尺寸。1)对于静止轴承、缓慢摆动或极低速动转的轴承(工作转速n10r/min)，根据其失效形式可知选择轴承时应按静载荷计算。10.1滚动轴承2)对于一般运转的轴承(10r/minnnlim),按寿命计
11、算进行轴承尺寸的选择，使轴承寿命大于预期寿命。3)当轴承的工作转速n在110r/min之间时，其轴承尺寸的选择有两种方法：按n=10r/min选择轴承尺寸；一方面将实际的n值代入寿命计算公式中计算出C值，另一方面按静载荷强度计算公式计算出C0值。4)对于转速较高又同时承受冲击载荷的轴承，除进行寿命计算外，还要进行轴承的静强度校核。5)对于高速轴承，除进行寿命计算外还应检验极限转速。(3)公差等级的选择对于同型号的轴承，其精度越高价格也越高，因此一般的机械传动中优先选用普通级(P0)精度的轴承。10.1滚动轴承10.1.5滚动轴承的组合设计要保证机器正常运转，对滚动轴承来说，除要正确选择轴承的类
12、型和尺寸外，还必须对滚动轴承装置进行正确设计，即合理解决轴承的固定、装拆、配合、调整、润滑与密封等问题。1.滚动轴承的轴向固定(1)内圈与轴的轴向固定方法轴承内圈的固定一般根据轴向力的大小采用轴肩与轴用弹性挡圈、轴端挡圈、圆螺母结构(见图10-10 a、b、c)等进行紧固，图10-10d为紧定衬套与圆螺母结构，用于光轴上轴向力和转速都不大的调心轴承的紧固。图10-10轴承内圈常用的轴向紧固方法10.1滚动轴承(2)滚动轴承外圈的固定方法轴承外圈的紧固常采用机座凸台、孔用弹性挡圈、轴承端盖等形式固定，如图10-11所示。图10-11轴承外圈常用的轴向紧固方法10.1滚动轴承图10-12双支点单向
13、固定支承2.滚动轴承支承的轴系结构形式10.1滚动轴承(1)双支点单向固定支承(两端固定)双支点单向固定支承是指两端轴承内、外圈沿轴向只有一个方向受约束，对于整个轴的两个轴向方向都受到限制，这种配置也叫两端固定，如图10-12所示。(2)单支点双向固定支承轴的两个支点中，一个支承限制轴的双向轴向位移(称固定支承)，另一个支承可沿轴向移动(称游动支承)，这种固定方式称单支点双向固定，如图10-13所示。图10-13单支点双向固定支撑10.1滚动轴承(3)双支点游动支承如图10-14所示，两个支承均无轴向约束，又称两端游动支承，多用于人字齿轮传动的高速轴。3.滚动轴承组合调整(1)轴承轴向间隙的调
14、整在双支点单向固定支承和单支点双向固定支承中，轴承端盖与轴承外圈之间都留有一定间隙。图10-14双支点游动支承结构10.1滚动轴承1)调整垫片组。2)调节压盖。3)调整环。图10-15轴向间隙的调整10.1滚动轴承(2)轴系位置的调整为了保证轴上零件获得正确的位置，必要时要能调整整个轴系的轴向位置。图10-16轴系位置的调整10.1滚动轴承4.滚动轴承的游隙和预紧(1)轴承的游隙动轴承的游隙是滚动轴承的内、外圈与滚动体之间留有的相对位移量，游隙可分为径向游隙r和轴向游隙a，如图10-17所示。(2)滚动轴承的预紧预紧是指采用适当的方法以消除轴承游隙，并使滚动体和内、外套圈之间产生弹性预变形，保
15、持轴承受载后，仍不出现游隙。图10-17滚动轴承的游隙10.1滚动轴承1)定位预紧。图10-18轴承的定位预紧a)增加垫片b)磨窄套圈宽度2)定压预紧。5.滚动轴承的配合与装拆(1)滚动轴承的配合选择配合时要以轴承为基准件，即内圈与轴颈的配合采用基孔制，外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。10.1滚动轴承图10-19轴承的定压预紧1)当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈的配合紧一些。2)高速、重载情况下应采用较紧配合。3)作游动支承的轴承外圈与座孔间应采用间隙配合，但又不能过松，发生相对转动。10.1滚动轴承4)轴承与空心轴的配合应选用较紧配合，剖分式轴承座孔与轴承外圈的配合应较松。5)充分考
16、虑温升对配合的影响。图10-20压力安装轴承法10.1滚动轴承图10-21轴承内圈拆卸a)压力机拆卸b)拆卸器拆卸10.1滚动轴承(2)滚动轴承的安装与拆卸进行装拆时，应避免操作不当 损坏轴承和其他相关零件。6.滚动轴承的润滑与密封(1)滚动轴承的润滑润滑对于滚动轴承具有重要意义，不仅可以减少摩擦与磨损，同时起到冷却、吸振、防锈及降低噪声等作用。表10-18滚动轴承润滑方式的值界限(单位：1mmr/min)10.1滚动轴承图10-22毡圈密封10.1滚动轴承(2)滚动轴承的密封滚动轴承密封的目的是阻止灰尘、杂物和水分进入轴承；防止润滑剂流失而造成污染；保持轴承的良好工作环境。1)接触式密封。图10-23皮碗式密封10.1滚动轴承图10-24间隙式密封2)非接触式密封。10.1滚动轴承图10-25迷宫式密封10.1滚动轴承图10-26组合式密封3)组合密封。10.2滑动轴承10.2.1滑动轴承的特点、应用及分类工作时轴承和轴颈的支承面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承，称为滑动轴承。10.2.2滑动轴承的典型结构滑动轴承一般由轴承座、轴瓦、润滑装置和密封装置等部分组成。1.径向滑动轴承(1)
