機械基礎(chǔ)第15單元 軸承

機械基礎(chǔ)——軸承

機械工業(yè)出版社案例導入

軸承是機器中用于支持作旋轉(zhuǎn)運動的軸（包括軸上零件），保持軸的旋轉(zhuǎn)精度和減小軸與支承間的摩擦和磨損的一種支承部件，應用十分廣泛。如圖15-1所示減速器的高、低速軸上均采用軸承，保證軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少與支承間的摩擦、磨損。軸承的選用是否正確，對機器的工作可靠性、壽命、承載能力及效率都有很大的影響。本單元將介紹不同類型軸承的使用范圍、滾動軸承的選擇計算及滾動軸承的組合設(shè)計等內(nèi)容。圖15-1滾動軸承在減速器中的應用機械工業(yè)出版社案例導入

根據(jù)工作時的摩擦性質(zhì)不同，軸承可分為滑動軸承和滾動軸承?；瑒虞S承結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝、且具有工作平穩(wěn)、無噪音、耐沖擊和承載能力強等優(yōu)點，所以在汽輪機、精密機床和重型機械中被廣泛地應用。滾動軸承的摩擦阻力小、載荷、轉(zhuǎn)速及工作溫度的適用范圍廣，且已標準化，對設(shè)計、使用、維護都很方便，因此在一般機器中應用較廣。機械工業(yè)出版社學習目標1

熟知各種軸承的結(jié)構(gòu)特點、應用范圍，軸承潤滑方式和潤滑裝置

3掌握滾動軸承的類型、代號的含義、壽命的概念

4掌握滾動軸承的組合設(shè)計2

了解滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)、軸瓦材料機械工業(yè)出版社教學重點和難點1滑動軸承的類型、軸瓦材料3滾動軸承的組合設(shè)計2滾動軸承的選擇及應用機械工業(yè)出版社第15單元軸承1滑動軸承的類型和結(jié)構(gòu)1滾動軸承的類型、性能與代號

2滾動軸承的組合設(shè)計3滾動軸承的潤滑4軸承的密封與維護5機械工業(yè)出版社第15單元軸承

1、軸承的功用

是支持作旋轉(zhuǎn)運動的軸（包括軸上零件），保持軸的旋轉(zhuǎn)精度和減小軸與支承間的摩擦和磨損。

機械工業(yè)出版社第15單元軸承

2、軸承的分類按軸與軸承間摩擦形式，軸承可分為兩大類：（1）滑動軸承：工作時，軸與軸承間存在著滑動摩擦。（2）滾動軸承：內(nèi)有滾動體，運行時軸承內(nèi)存在著滾動摩擦。滾動軸承滑動軸承機械工業(yè)出版社第15單元軸承

3、軸承的特點和應用場合（1）滑動軸承：滑動軸承具有工作平穩(wěn)、無噪聲、耐沖擊、回轉(zhuǎn)精度高和承載能力大等特點。廣泛應用在汽輪機、精密機床和重型機械中。（2）滾動軸承：適用范圍很廣，一般速度和一般載荷均可采用。機械工業(yè)出版社15.1滑動軸承的類型和特點

15.1.1

滑動軸承的類型

1）滑動軸承按承受載荷的方向分：徑向滑動軸承：主要承受徑向載荷；推力滑動軸承：主要承受軸向載荷。徑向滑動軸承推力滑動軸承機械工業(yè)出版社15.1滑動軸承的類型和特點

2）按結(jié)構(gòu)形式分

整體式：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，價格低廉，但軸拆裝不方便，襯套磨損后不能修補。故一般應用于低速、輕載和間歇工作的場合。

剖分式：結(jié)構(gòu)拆裝、間歇調(diào)整和更換新軸瓦都很方便，故應用廣泛。

整體式滑動軸承剖分式滑動軸承機械工業(yè)出版社15.1滑動軸承的類型和特點

3）根據(jù)潤滑膜的形成原理不同分為

1）動壓滑動軸承：是利用油泵將壓力油，通過節(jié)流器調(diào)壓后，輸入軸承各油腔內(nèi)，從而將軸托起，形成液體潤滑。這種軸承適用于高速、高精度要求的場合，但結(jié)構(gòu)復雜、成本高。

2）靜壓滑動軸承：是利用相對運動使軸承間隙中形成壓力油膜，并將工作表面分開的軸承。

動壓潤滑滑動軸承靜壓潤滑滑動軸承機械工業(yè)出版社15.1滑動軸承的類型和特點15.1.2軸瓦的結(jié)構(gòu)

軸瓦是滑動軸承中直接與軸徑接觸的重要零件,常用的有整體式和剖分式兩種。

整體式軸瓦剖分式軸瓦機械工業(yè)出版社15.1滑動軸承的類型和特點為防止軸瓦在軸承中產(chǎn)生軸向移動和周向轉(zhuǎn)動，可將其兩端做出凸緣，用于軸向定位。也可用定位銷或用螺釘將其固定在軸承座上，如圖15-11所示。為了使?jié)櫥湍茼樌麑胼S承，并能分布到整個摩擦表面而保持較好的潤滑狀態(tài)，常在軸瓦的非承載區(qū)開設(shè)油孔和油槽，如圖15-12所示。油槽的長度均較軸承寬度短，常為軸瓦長的80%，以免潤滑油流出。

圖15-11軸瓦定位銷圖15-12油溝(非承載軸瓦)機械工業(yè)出版社15.1滑動軸承的類型和特點15.1.3軸承的材料軸瓦或軸承是滑動軸承的重要零件，軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為軸承材料。

1、滑動軸承的主要失效形式：磨損、膠合和疲勞破壞。

2、對軸承材料的要求（1）良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性；（2）良好的順應性、嵌入性和磨合性；（3）足夠的強度和必要的塑性；（4）良好的耐腐性、熱化學性能和對油的吸附能力；（5）良好的工藝性和經(jīng)濟性。機械工業(yè)出版社15.1滑動軸承的類型和特點15.1.4滑動軸承的潤滑

1.潤滑劑滑動軸承潤滑的目的在于降低摩擦功耗，減少磨損，同時還起到冷卻、吸振、防銹等作用。潤滑劑有潤滑油、潤滑脂和固體潤滑劑如石墨、二硫化鉬等。軸承能否正常工作和選用的潤滑劑正確與否有很大關(guān)系，滑動軸承大多用油潤滑。對于壓強大、有沖擊、變化載荷及工作溫度較高時宜用大粘度潤滑油，軸頸速度較高時宜用小粘度潤滑油。壓強大、低速或不便加油、要求不高時可用潤滑脂。2.潤滑方法和裝置滑動軸承潤滑的方法有間歇供油潤滑和連續(xù)供油潤滑兩種。間歇供油潤滑用于低速、輕載或間歇工作等不重要場合的軸承，一般采用手工油壺或油槍向油孔進行間歇供油。機械工業(yè)出版社15.1滑動軸承的類型和特點

連續(xù)供油潤滑一般用于載荷和速度較高的軸承。連續(xù)供油常見的方法有滴油潤滑、油環(huán)潤滑、飛濺潤滑和壓力油潤滑等。如圖15-13a、b、c、d是幾種連續(xù)供油潤滑裝置。采用脂潤滑時，只能間歇供油，廣泛采用黃油杯，旋擰杯蓋即可裝在杯中的潤滑脂壓送到軸承內(nèi)。機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號

滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。在機械設(shè)計用中，只需根據(jù)滾動軸承的使用條件和工作狀況，選擇合適的軸承類型和型號，并作好軸承的組合設(shè)計。15.2.1滾動軸承的類型和性能1.滾動軸承的構(gòu)造滾動軸承一般是有外圈1、內(nèi)圈2、滾動體3和保持架4組成，如圖15-14所示。內(nèi)圈裝在軸頸上隨軸一起轉(zhuǎn)動，外圈裝在軸承座孔內(nèi)不動。滾動體由保持架均勻隔開，可避免在滾動過程中的碰撞和磨損。常見的滾動體形狀見圖15-15。圖15-14滾動軸承的構(gòu)造

圖15-15滾動體的形狀機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號2.滾動軸承的類型

1）按承受載荷的方向（公稱接觸角）分類

公稱接觸角滾動體與軸承圈滾道接觸處的法線方向與軸承徑向平面（垂直于軸線的平面）之間的夾角α稱為公稱接觸角，簡稱接觸角。它標志軸承承受軸向載荷和徑向載荷能力的分配關(guān)系，是軸承的性能參數(shù)。軸承按承受載荷方向的分類，也是按公稱接觸角分類（見表15-2）。機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號2）按滾動體的形狀分類按圖15-15所示的滾動體可分為兩類球軸承：其承載能力和耐沖擊能力較低；但允許的極限轉(zhuǎn)速較高，球的制造工藝較簡單，價格便宜。

滾子軸承：其承載能力和耐沖擊能力均較高；但允許的極限轉(zhuǎn)速較低，且滾子的制造工藝較復雜，價格較高。機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號3）按調(diào)心能力分類調(diào)心軸承：具有自動調(diào)整軸心線位置的軸承，稱為調(diào)心軸承。

剛性軸承：能阻止軸心線位置偏轉(zhuǎn)的軸承，稱為剛性軸承。剛性軸承-滾針軸承調(diào)心軸承機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號15.2.2滾動軸承的代號及其組成

GB/T272-1993規(guī)定了滾動軸承代號的表示方法，并要求打印在軸承端面上。一般用途的滾動軸承代號由基本代號、前置代號和后置代號構(gòu)成，其排序如下：

1.基本代號（滾針軸承除外）基本代號由軸承的內(nèi)徑、直徑系列、寬度系列和類型構(gòu)成。（1）內(nèi)徑代號用基本代號右起第一、二位數(shù)字表示。常用內(nèi)徑代號的含義見表15-5。對于內(nèi)徑小于10mm和大于500mm的軸承表示方法，可參閱GB/T272-1993。機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號（2）尺寸系列代號用基本代號右起第三、四位數(shù)字表示，包括直徑系列代號和寬度系列代號。1）直徑系列代號用基本代號右起第三位數(shù)字表示。直徑系列是表示內(nèi)徑相同而外徑和寬度不同的軸承系列。2）寬度（高度）系列代號用基本代號右起第四位數(shù)字表示。寬度（高度）系列是表示內(nèi)徑相同的軸承，對向心軸承，配有不同寬度的尺寸系列；對推力軸承，配有不同高度的尺寸系列。尺寸系列代號的表示方法見表15-6。

（3）類型代號用基本代號右起第五位數(shù)字或字母表示。表15-3中列出了常見的類型代號。類型代號為“0”時省略不標。

機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號2.前置、后置代號前置、后置代號是軸承在結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、公差、技術(shù)要求等有改變時，在基本代號左、右添加的補充代號。其排列見表15-7，具體內(nèi)容十分復雜，可查閱有關(guān)手冊。

機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號案例15-1滾動軸承代號釋義：（1）N304（2）23224/P52（3）32310B

（4）7210AC

（1）“N”：類型代號，為圓柱滾子軸承；“3”：直徑系列代號（寬度“0”，在“3”之前，表示窄系列，不標出），表示中系列；“04”：內(nèi)徑代號，表示d=20mm；右起第一個“

”：軸承公差等級為P0級（不標出）；右起第二個“

”：徑向游隙為0組（不標出）。（（2）23224/P52左起第一個“2”：類型代號，為調(diào)心滾子軸承；“3”：寬度系列代號，表示特寬3系列；左起第二個“2”：直徑系列代號，表示輕系列；“24”：內(nèi)徑代號，表示d=120mm；“P5”：軸承公差等級為P5級；右起第一個“2”：徑向游隙2組。（3）32310B

左起第一個“3”：類型代號，為圓錐滾子軸承；“2”：寬度系列代號，表示寬系列；左起第二個“3”：直徑系列代號，表示中系列；“10”：內(nèi)徑代號，表示直徑d=50mm；“B”：接觸角加大，α=40°右起第一個“

”：軸承公差等級為P0級（不標出）；右起第二個“

”：徑向游隙0組（不標出）。（4）7210AC左起第一個“7”：類型代號，為角接觸軸承；左起第二個“0”：為寬度系列（不標出）；左起第三個“2”：直徑系列，表示輕系列；“10”：內(nèi)徑代號，表示直徑d=50mm；“AC”：公稱接觸角α=25°機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號

思考與分析在旋轉(zhuǎn)或擺動的游樂設(shè)施（兒童和成人的）、健身器材（健身房內(nèi)的和室外社區(qū)的）上都裝有軸承，它們承受的轉(zhuǎn)速高低、載荷大小、載荷方向（徑向或軸向）各不相同。進行一次游樂園、社區(qū)健身房場所的實地調(diào)研、觀察分析后，指出設(shè)施（器材）中應安裝向心滑動軸承、滾動軸承的部位各3處，安裝推力軸承的部位2處，并簡述理由。機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號15.2.3軸承的失效形式

1.疲勞點蝕如圖15-16所示向心軸承，承受徑向載荷Fr，當內(nèi)圈轉(zhuǎn)動時，滾動體隨著滾動，于是內(nèi)、外圈與滾動體的接觸點不斷發(fā)生變化，它們表面層接觸應力σH也隨著作周期性的變化，周期性變化的接觸應力促使內(nèi)、外圈與滾動體的表面層產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐漸擴展到表面，形成疲勞點蝕，使?jié)L動軸承喪失旋轉(zhuǎn)精度，產(chǎn)生噪音、沖擊和振動。通常，疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式。圖15-17a、b所示為發(fā)生點蝕的內(nèi)圈和滾動體。圖15-16向心軸承載荷變化分析

機械工業(yè)出版社15.2滾動軸承的類型、性能與代號2.塑性變形

如圖15-18所示，當軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動時,一般不會產(chǎn)生疲勞損壞。但若承受很大靜載荷或沖擊載荷,會使軸承滾道、或套圈與滾動體接觸處的局部產(chǎn)生塑性變形((滾道表面形成變形凹坑),從而使軸承在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈振動和噪聲,以至不能正常工作。3.磨損

如圖15-19所示，由于使用、維護不當或密封、潤滑不良等原因，還可能引起軸承的磨料磨損。軸承在高速運轉(zhuǎn)時，還可產(chǎn)生膠合磨損。所以，要限制最高轉(zhuǎn)速，就需采取良好的潤滑和密封措施。

機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計

為保證軸承在機器中正常工作，除合理選擇軸承類型、尺寸外，還應正確進行軸承的組合設(shè)計，處理好軸承與其周圍零件之間的關(guān)系。即要解決軸承的軸向位置固定、軸承與其他零件的配合、間隙調(diào)整、裝拆和潤滑密封等一系列問題。15.3.1滾動軸承組合的軸向固定滾動軸承的內(nèi)圈和外圈都需要進行軸向定位，使軸上零件在工作時不致發(fā)生軸向竄動。圖15-21為軸承內(nèi)圈常用的四種軸向固定方法：圖15-20a為利用軸肩作單向固定，它能承受大的單向軸向力；圖15-20b為利用軸肩和軸用彈性擋圈作雙向固定，擋圈能承受的軸向力不大；圖15-20c為利用軸肩和軸端擋板作雙向固定，擋板能承受中等的軸向力；圖15-20d為利用軸肩和圓螺母、止動墊圈作雙向固定，能承受大的軸向力。機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計如圖15-21所示軸承的外圈固定常采用的方法有：圖15-21a利用軸承端蓋作單向固定，能承受大的軸向力；圖15-21b利用孔用彈性擋圈和孔內(nèi)凸肩作雙向固定，擋圈能承受的軸向力不大；圖15-21c利用止動環(huán)作單向固定，能承受大的軸向力。機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計常見的軸向固定組合方式有：兩端固定方式，一端固定一端游動和兩端游動三種方式。

1.兩端固定

如圖15-22a所示，軸的兩個支點分別限制軸的不同方向的單向移動，兩個支點合起來便可限制軸的雙向移動，這種固定方式稱為兩端固定。它適用于工作溫度變化不大的短軸。為了補償軸受熱伸長，對于深溝球軸承（6類），可在軸承外圈與軸承蓋之間，留出熱補償間隙c=0.2~0.4mm（圖15-22b），間隙量常用墊片或調(diào)整螺釘調(diào)節(jié)。對于內(nèi)部間隙可以調(diào)整的角接觸軸承，在此處可以不留間隙，而是將間隙留在軸承內(nèi)部。圖15-22兩端固定組合方式

機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計2.一端固定一端游動

如圖15-23所示，軸的兩個支點中只有一個支點（左端）限制軸的雙向移動，另一個支點則可作軸向移動，這種固定方式稱為一端固定一端移動?？勺鬏S向移動的軸承稱為游動軸承，常采用N、6類軸承。它適用于溫度變化較大或軸承的支承跨度較大的軸。3.兩端游動

要求能左右雙向游動的軸，可采用兩端游動的軸系結(jié)構(gòu)。如圖15-24所示人字齒輪傳動的高速主動軸，為了自動補償輪齒兩側(cè)螺旋角的誤差，使輪齒受力均勻，采用允許軸系左右少量軸向游動的結(jié)構(gòu)，故兩端都選用圓柱滾子軸承。與其相嚙合的低速齒輪軸系則必須兩端固定，以便兩軸都得到軸向定位。

圖15-23一端固定一端游動的組合方式

圖15-24兩端游動的組合方式機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計15.3.2滾動軸承組合的調(diào)整滾動軸承組合的調(diào)整包括軸承間隙的調(diào)整和軸系軸向位置的調(diào)整。1.軸承間隙的調(diào)整軸承間隙的大小將影響軸承的旋轉(zhuǎn)精度，傳動零件工作的平穩(wěn)性，故軸承間隙必須能夠調(diào)整。軸承間隙調(diào)整的方法有：1）靠加減軸承蓋與機座間墊片的厚度（圖15-25a）或軸承蓋與機座間的調(diào)整環(huán)的厚度（圖15-25b）進行間隙調(diào)整。2）利用螺釘推動軸承外圈壓蓋移動滾動軸承外圈進行間隙調(diào)整，調(diào)整后用螺母鎖緊鎖緊（圖15-25c）。圖15-25軸承間隙的調(diào)整機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計2.軸承的預緊軸承預緊的目的是提高軸承的精度和剛度，以滿足機器的要求。在安裝軸承時要施加一定的軸向預緊力，消除軸承的內(nèi)部的原始游隙，并使套圈與滾動體產(chǎn)生預變形，在承受外載后，仍不出現(xiàn)游隙，這種方法稱為軸承的預緊。預緊的方法有：1）在一對軸承內(nèi)圈之間加金屬墊片（圖15-26a）；2）磨窄外圈或內(nèi)圈（圖15-26b）。圖15-26軸承的預緊

機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計3.軸承組合位置的調(diào)整軸承組合位置的調(diào)整的目的，是使軸上零件（如齒輪、帶輪等）具有準確的工作位置。如蝸桿傳動，要求蝸輪的中間平面必須通過蝸桿軸線；直齒錐齒輪傳動，要求兩錐齒輪的錐頂點必須重合，方能保證正確嚙合；圖15-27為小錐齒輪軸的軸承組合結(jié)構(gòu)，軸承裝在軸承套杯3內(nèi)，通過加減套杯與箱體間墊片2的厚度來調(diào)整軸承套杯的軸向位置，即可調(diào)整小錐齒輪的軸向位置。而軸承蓋與套杯間的墊片1是用來調(diào)整軸承間隙的。

圖15-27軸系位置及軸承間隙調(diào)整

機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計15.3.3滾動軸承的配合滾動軸承是標準件，為了便于互換及適應大量生產(chǎn)，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則采用基軸制。選擇配合時，應考慮載荷的方向、大小和性質(zhì)，以及軸承類型、轉(zhuǎn)速和使用條件等因素。當外載荷方向不變時，轉(zhuǎn)動套圈應比固定套圈的配合緊一些，一般情況下是內(nèi)圈隨軸一起轉(zhuǎn)動，外圈固定不轉(zhuǎn)，故內(nèi)圈與軸常取具有過盈的過渡配合，如軸的公差采用k6、m6；外圈與座孔常取較松的過渡配合，如座孔的公差采用H7、J7或Js7.。當軸承作游動支承時，外圈與座孔應取保證有間隙的配合，如座孔公差采用G7。

機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計15.3.4支承部位的剛度和同軸度

如果軸和軸承座的剛度不夠，產(chǎn)生相當大的變形，或者兩軸承孔的同軸度不符合要求，都會卡住滾動體，使軸承不能正常運轉(zhuǎn)，造成早期損壞。因此，軸承座處的箱體應具有一定的壁厚或采用加強肋（圖15-28a）以提高軸承座的剛度。箱體上同一軸線的兩軸承孔應一次鏜出，以提高兩軸承孔的同軸度。如果兩軸承孔直徑不同，可在直徑較小的軸承處加襯套，以使兩軸承孔直徑相同，以便一次鏜孔（圖15-28b）。

圖15-28提高軸承座孔的剛度和同軸度

機械工業(yè)出版社15.3滾動軸承的組合設(shè)計15.3.5滾動軸承的裝拆

由于滾動軸承的配合通常較緊，為便于裝配，防止損壞軸承，應采取合理的裝配方法。軸承安裝