完整的轴承选型计算方法

第七章 轴承设计
轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。 一、轴承应满足如下基本要求： 1．能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。 2．具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。 3．具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。 二、轴承分类：
按摩擦性质分：滑动轴承 和滚动轴承 按承载方向分： 向心轴承 和推力轴承
● 基本额定动载荷 规定轴承在 基本额定寿命L10 为 106 转 时，所 能承受的最大载荷，用 C 表示。 即：在C 的作用下，运转 106 转 时，有10％的 轴承出现点蚀，90％的轴承完好。
额定动载荷越大
轴承的承载能力越大
对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。 C r － 向心轴承的基本额定动载荷，称为径向基本额定动载荷。
3、磨损、胶合、保持架断裂等 使用维护不当而引起的，属于非正常失效。
三、设计准则 一般转速的轴承 — 进行寿命计算，防止点蚀破坏 转速极低或仅作缓慢摆动的轴承 — 按静强度计算，防止塑性变形 四, 滚动轴承的寿命计算公式 (一)、基本概念 ● 轴承寿命 轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数 或总工作小时数。
C P1 P2 1 L1 L2 L10 106r
6 当载荷为额定动载荷C 时：P L10 C 10
推力轴承： 45°<α ≤90° ，主要承受轴向载荷； 推力角接触轴承—— 45°<α< 90°的推力轴承 轴向接触轴承——α＝90°的推力轴承
2、按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承
Gzxz.avi
滚动轴承代号： 前置代号 基本代号 后置代号
类型代号
尺寸系列代号
内径代号
10 00 2—调心滚子轴承 12 0—窄； —特轻； 01 5级、06 又如：轴承的公差等级分别为 2 级、 4 级、 级（6x） 3—圆锥滚子轴承 15 1—正常； 02 1—特轻； 和 0 级，共 5个级别，依次由高级到低级，其代号分别为： 5 — 推力球轴承 2—宽； 2—轻； 17 03 6— 深沟球轴承 /P2 、 /P4、/P5、/P6 （ /P6x ）和 /P0 。d/5 3、 4— 特宽； 3—中； 20~ 500 7—角接触球轴承 5、 6—特宽。 4—重。 22、28、32及500 以上 /内径 8—推力圆柱滚子轴承 N—圆柱滚子轴承 NA－滚针轴承
后置代号：用于表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求， 0 0 0 由轴承的宽度系列和直径系列代号 用字母或数字表示；如：接触角为 15 、 25 和 40 的角接触球 用数字或字母表示内径尺寸 （2位数字）组成。 代号 轴承，分别用 C 、 AC 和 B 表示内部结构的不同。 1—调心球轴承 宽度系列： 直径系列：
摩擦表面间有润滑油存在，金属表 面上形成了一层极薄的边界油膜。 但尖峰部分仍直接接触。 非液体摩擦 多数滑动轴承都是这种摩擦状态。 滑动轴承 液体摩擦滑 动轴承 3、液体摩擦状态 两摩擦表面完全被润滑油分隔开， 形成了一定厚度的压力油膜。 这种摩擦状态是润滑油分子之间 的摩擦，摩擦系数极小。 重要轴承采用这种摩擦状态。
— 推力轴承
3、限制滑动速度 v ： 推力轴承 平均直径 平均速度 取2～ 目的 — 防止滑动速度过高而引起磨损 4MPa*m/s dm＝(d1+d 0)/2 dn v [v] m / s 60 1000 三、设计步骤 确定轴承结构形式 确定轴承宽度 B 和直径 d 许用线 速度 选择轴瓦材料 验算p、pv、v
C a － 推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向基本额定动载荷。
(二)、寿命计算
目的 — 根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承尺寸。 P 轴承的疲劳曲线 载荷与额定寿命的关系曲线：
P L10 常数
式中：P 为当量动载荷； L10为P 作用下的额定寿命。 ε为寿命指数，球轴承ε ＝3，滚 子轴承ε ＝10/3 。
滚动轴承的主要类型： 1、按承载方向和公称接触角分为：
滚动体与套圈接触处的法线 与轴承的径向平面之间的 夹角，称为公称接触角。
向心轴承：0°≤α≤45°，主要承受径向载荷； 径 径向接触轴承——α＝0 °的向心轴承；
向 接 触 轴 承
向心角接触轴承—— 0°<α≤45°的向心轴承；
向 心 角 接 触 轴 承
3, 滚动轴承类型的选择 (1)、根据载荷的大小及性质 载荷大或冲击大－选滚子轴承（线接触）； 载荷小或冲击小－选球轴承（点接触） ； (2)、根据载荷的方向
纯径向载荷－选深沟球轴承（6）、圆柱滚子轴承（N)
纯轴向载荷－选推力轴承（5 或 8 ） 径向、轴向载荷－角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承(3)
三、向心动压滑动轴承的工作过程
Fr
o o
Fr
o
Fr
o o1
Fr
o1
静止
o1
n
启动
o1 n
n
不稳定运行 稳定运行
其他滑动轴承
● 多油楔滑动轴承
● 静压滑动轴承
● 气体轴承
8-1 . 滚动轴承的特点及类型
滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产。 故学习本章的目的主要解决二个问题：
1、如何选择滚动轴承的类型； 2、滚动轴承的寿命计算；
部分式轴承(整体轴套)
特
点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。
应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。 (3)自动调心滑动轴承 (4)间隙可调式滑动轴承
2.推力滑动轴承
推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：
Fa
Fa
Fa
Fa
轴瓦的材料 减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。 耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。 抗咬粘性(胶合)：材料的耐热性与抗粘附性。 摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配 合不良的能力。 嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮 伤或磨粒磨损的性能。 磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面 形状和粗糙度的能力（或性质）。 此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经 济性。
推力滑动轴承
目的 — 控制轴承的发热量，防止胶合破坏。
pv 值表征了轴承发热量的大小。
pv↑ → 发热量↑ → 温升↑ → 润滑效果↓ → 胶合
Fr dn Fr n [ pv] pv dB 60 1000 19100 B
— 向心轴承
4 Fa d m n pvm [ pv] 2 2 z (d1 d 0 )k 601000
Qj
当轴承仅受到纯径向力 Fr 作用时： 接触点产生弹性变形，内圈下沉δ， 全部滚动 最多只有半圈滚动体受载。 体个数 承载区各滚动体的变形量不同， 受载大小也不同。 对于点接触轴承： Qmax 对于线接触轴承： Qmax 因此： 可看成脉动循环变应力。
5 Fr z 4.6 Fr z
δ
Fr
静压轴承
1.径向滑动轴承 (1)整体式滑动轴承
轴承座 螺纹孔
油杯孔
整体轴套（轴瓦）
特点：结构简单，成本低廉。 因磨损而造成的间隙无法调整。 只能从沿轴向装入或拆出。 应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。
(2)剖分式滑动轴承
油杯座孔 螺栓 螺母 套管 上轴瓦 轴承盖 轴承座
下轴瓦
对开式轴承(剖分轴套)
润滑脂的选择原则：
● 工作环境有水汽，选钙基润滑脂； ● 工作温度高，选钠基润滑脂； ● 有水汽而且工作温度高，则应选锂基润滑脂。
四、滑动轴承的分类 径向轴承 主要承受径向力 载荷方向
推力轴承 主要承受轴向力 整体轴承(特殊类型：自动调心式轴承) 装拆需要 剖分轴承 动压轴承
液体摩擦(长期运转,精度要求高) 摩擦状态 非液体摩擦
推力滑动轴承推力环的数目133限制滑动速度防止滑动速度过高而引起磨损1000604mpams平均速度100060速度三设计步骤三设计步骤确定轴承结构形式确定轴承结构形式确定轴承宽度验算ppvv验算ppvv选择轴承的配合选择轴承的配合选择润滑剂与润滑装置选择润滑剂与润滑装置选择轴瓦材料选择轴瓦材料推力轴承1475液体摩擦滑动轴承的工作原理75液体摩擦滑动轴承的工作原理一动压油膜的形成机理一动压油膜的形成机理两摩擦表面平行不会产生压力油膜两摩擦表面成楔形间隙产生了压力油膜间隙内的润滑油形成了拥挤二形成动压油膜的必要条件二形成动压油膜的必要条件必须充满足够粘度的润滑油15三向心动压滑动轴承的工作过程三向心动压滑动轴承的工作过程静止静止启动启动不稳定运行不稳定运行稳定运行稳定运行frfrfrfr16多油楔滑动轴承其他滑动轴承其他滑动轴承气体轴承1781滚动轴承的特点及类型81滚动轴承的特点及类型滚动轴承的主要特点滚动轴承的主要特点
滚动轴承的主要特点：
缺点：
●抗冲击能力较差； ●高速时噪声大，寿命较低； ●径向尺寸大。
● 摩擦阻尼小(相对于非液体摩擦滑动轴承)，启动灵活； ● 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构； ● 径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高； ● 互换性好,易于维护。
滚动轴承的组成
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。 内圈装在轴径上，与轴一起转动。外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动。 内外圈上设置有滚道，当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。 保持架使滚动体均匀分布在滚道上，减少滚动体之间的碰撞和磨损。
● 基本额定寿命
一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中90％ 的轴 承不发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。
用 L10 表示。 按基本额定寿命选用轴承，可靠性为90％ 注意：额定寿命随运转条件而变化。
完好
90％
10％
比如：外载增大，额定寿命降低。
因此，基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。
B
二、设计准则 1、限制轴承的压强 p ： 目的 — 防止轴瓦过度磨损。
Fr [ p] MPa 平均压强： p dB
Fr
— 向心滑动轴承
d
p z

4
Fa
2 (d12 d 0 )k
d1
p] MPa
Fa
n
d0
z － 推力环的数目 k － 考虑油槽使支承面积减小。
2、限制轴承的 pv 值 ：
Q2
Q2
Q1
Qmax
Q1
滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力，
二、滚动轴承的失效形式
1、疲劳点蚀 —— 最主要的失效形式
滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。 防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。
2、塑性变形 —— 低速轴承的主要失效形式 接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。 原因是载荷过大或冲击载荷作用。
7-1.滑动轴承概述 一、滑动轴承的主要特点：
● 工作平稳，无噪声；
● 液体润滑时摩擦损失小； ● 承载能力高。
● 回转精度高；
● 径向尺寸小。
二、滑动轴承的摩擦状态(轴瓦与轴颈之间)： 1、干摩擦状态 摩擦表面无润滑剂，功率损失严重， 磨损加剧，温升高，轴瓦易破坏。 应避免此种摩擦状态。
2、边界摩擦状态
凝点 — 反映润滑油的低温工作性能。 闪点 — 反映润滑油的高温工作性能。 润滑油的选择原则：
● 压力大或在冲击、变载条件下工作，应选粘度高的油； ● 速度高时，应选粘度低的油，以减少摩擦损失； ● 工作温度高时，应选粘度高的油，因粘度会随温度升高而下降。
2、润滑脂的性能及选择
针入度 — 表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度； 滴 点 — 表征润滑脂耐高温的性能。
选择轴承的配合
选择润滑剂与润滑装置
7.5液体摩擦滑动轴承的工作原理 一、动压油膜的形成机理 F v
进 油 口
p
v
出 油 口
两摩擦表面平行， 间隙内的润滑 两摩擦表面成楔形间隙， 不会产生压力油膜 油形成了拥挤 产生了压力油膜 二、形成动压油膜的必要条件
● 两摩擦表面必须形成楔形间隙 ● 润滑油必须从大口进小口出 ● 必须具有足够的滑动速度 ● 必须充满足够粘度的润滑油
轴向载荷不大时，可用深沟球轴承
(3)、根据转速的高低 转速高－选球轴承； 转速低－选滚子轴承；
(4)、根据回转精度 精度要求高－选球轴承； (5)、根据调心性能
轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承 —— 选调心轴承（ “1” 类 或 “2” 类 ）；
§11-5 滚动轴承的寿命计算 一、滚动轴承的载荷分析 各滚动体上的受力情况如何？ 当轴承仅受到纯轴向力 Fa 作用时： 载荷由各滚动体平均分担，即： Qi ＝ Qj Fa Qi
三、润滑剂及其选择
常用润滑剂： 润滑油 — 液体，用途最广泛； 润滑脂 — 半固体，一般用于中低速； 固体润滑剂 — 主要用作油、脂的添加剂，也可单独使用。
1、润滑油的性能及选择
粘度 — 表征了流动的液体中内摩擦阻力的大小。 是最重要的性能指标，也是选择润滑油的 主要依据。 油性 — 也称润滑性，表征油中的极性分子对金属 表面的吸附性能。油性好则摩擦系数小。
常用轴瓦材料有： 金属材料 —轴承合金（巴氏合金、白合金）是由锡、铅、锑、铜等组成的合金
—铜合金 分为青铜和黄铜两类。
—铸铁 有普通灰铸铁、球墨铸铁等。 粉末冶金材料 —由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成的多孔隙轴瓦材料。
非金属材料 —有塑料、硬木、橡胶等，其中塑料用的最多
§7-4 非液体摩擦滑动轴承的设计 一、失效形式 1、磨损 2、胶合 导致轴承配合间隙加大，影响轴的旋转精度，甚 至使轴承不能正常工作。 高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使 轴承上较软的金属粘焊在轴颈表面而出现胶合。