机械设计基础 第11章 轴承2
机械设计基础中的轴承选择与设计
机械设计基础中的轴承选择与设计轴承在机械设计中扮演着至关重要的角色，它们能够有效地支撑和减少机械装置中的摩擦。
在机械设计的过程中，选择和设计合适的轴承是确保机械设备顺利运行的关键。
本文将探讨轴承的基本原理、轴承的选择方法以及轴承的设计要点。
一、轴承的基本原理轴承是一种用于减少运动摩擦的装置，它通常由内圈、外圈和滚动体组成。
内圈固定在轴上，外圈固定在轴承座上，而滚动体则在内圈和外圈之间运动。
轴承通过滚动体的滚动来承受和传递载荷，从而减少了机械装置中的摩擦。
二、轴承的选择方法轴承的选择涉及到多个因素，包括载荷、转速、工作环境以及安装和维护的要求。
下面是一些常用的轴承选择方法：1. 轴承载荷计算：根据机械装置的使用情况，计算所需承受的径向载荷和轴向载荷。
载荷的大小将影响轴承的尺寸和类型选择。
2. 轴承的寿命计算：根据设计寿命要求，选择具有足够寿命的轴承。
寿命的计算需要考虑载荷、转速和轴承的材料等因素。
3. 轴承的转速限制：根据机械装置的运行速度，在转速范围内选择合适的轴承。
转速过高会导致轴承过热和损坏。
4. 轴承的工作环境：考虑机械装置的工作环境，包括温度、湿度、腐蚀性气体等因素，选择耐腐蚀和适应环境变化的轴承。
5. 轴承的安装和维护要求：根据机械装置的安装和维护要求，选择易于安装和维护的轴承。
注意轴承的安装方法和润滑方式等因素。
三、轴承的设计要点在进行轴承设计时，需要考虑以下几个重要的要点：1. 轴承的几何尺寸：确定轴承的内径、外径和宽度等几何尺寸。
合理的几何尺寸能够确保轴承在承受载荷时保持稳定。
2. 轴承的材料选择：选择适合工作条件的轴承材料，包括轴承内圈、外圈和滚动体的材料。
常见的轴承材料有钢、陶瓷和塑料等。
3. 轴承的润滑方式：确定轴承的润滑方式，包括油润滑和脂润滑。
润滑方式的选择应考虑机械装置的运行速度和工作环境等因素。
4. 轴承的密封方式：选择适当的轴承密封方式，以防止外界杂质进入轴承并确保润滑油或脂膜的有效性。
机械设计基础--第十一章(轴 承)
（第十一章）
第十二章 轴 承
一、基本内容及学习要求 二、学习指导 三、典型实例分析 四、复习题 五、复习题参考答案
回目录
一、基本内容及学习要求
1．基本内容 ⑴ 滑动轴承的结构类型及特点； ⑵ 轴瓦的材料与结构； ⑶ 滑动轴承的润滑； ⑷ 非液体摩擦滑动轴承的计算； ⑸ 滚动轴承的类型及特点，滚动轴承的代号； ⑹ 滚动轴承的类型选择； ⑺ 滚动轴承的失效形式； ⑻ 滚动轴承的疲劳寿命计算和静强度计算。
二、学习指导
4. 轴瓦。 轴瓦是滑动轴承中的关键零件，其工作表面既是承载表面， 又是摩擦表面。因此，轴瓦的材料选取是否适当以及结构是否 合理，对滑动轴承的性能将产生很大的影响。
⑴ 轴瓦和轴承衬的材料
① 对轴承材料的基本要求是：要有足够的强度；良好的减 摩性和耐磨性；良好的塑性、顺应性和嵌入性；良好的导热性 和抗胶合性。
b) 钠基润滑脂：有较好的耐热性（使用温度可达 140oC ），但耐水性较差；
c) 锂基润滑脂：其耐热性和耐水性都较好，使用温 度在－20oC~150oC 。
二、学习指导
润滑脂常用于低速、重载和为避免润滑油流失或不易 加润滑油的场合。
润滑脂的主要性能指标是针入度和滴点。针入度表示 润滑脂的粘稠程度，它是用150g的标准圆锥体放于25oC的 润滑脂中，经5s后沉入的深度（单位为 0.1mm）表示。针 入度愈小，则润滑脂越粘稠。滴点是指润滑脂在滴点计中 受热后滴下第一点油时的温度，滴点标志润滑脂的耐高温 能力。选用时应使润滑脂的滴点高于工作温度20oC以上。
二、学习指导
③ 固体润滑剂。固体润滑剂有石墨、二硫化钼（MoS2）、 聚四氟乙烯等。它通常与润滑油或润滑脂混合使用，也可以单 独涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜，或者混入金属或塑料粉 末中烧结成形，制成各种耐磨零件。石墨性能稳定，在 350oC 以上才开始氧化 ，并可在水中工作。聚四氟乙烯摩擦因数低， 只有石墨的一半。二硫化钼吸附性强，摩擦因数低，适用温度 范围广（－60oC~300oC ），但遇水后性能会下降。
机械设计基础必考内容
15 .一对渐开线齿轮连续传动的条件是什么
实际啮合线段的长度应大于轮齿的法向齿距。将其二者的比值定义为重合度，即重合度≥1.
16.何谓成形法？常用的刀具有哪两种？
成形法是指用齿槽形状相同的成形刀具或模具将轮坯齿槽的材料去掉的方法。
常用刀具为盘形铣刀或指状铣刀。
19.用范成法加工标准齿轮时，为了避免根切，有最少齿数的限制。用仿形法加工标准齿轮时，是否也有同样的问题？
缺点
工作时产生轴向力螺旋角越大，轴向力越大
37.齿轮结构形式：1.齿轮轴 2.实心失 3 腹板式 4轮辐式
38.齿轮传动的效率损失主要有哪几部分？
1.齿轮啮合中的摩擦损失 2.润滑油被搅动的油阻损失 3.轴承中的摩擦损失。
39.开式、闭式齿轮传动的润滑方式？闭式齿轮传动的润滑方式取决于什么参数？
开式：用人工做周期性加油润滑
11、齿条、内齿轮各自的特点有哪些
齿条：1、齿条相当于齿数无穷多的齿轮，故齿轮中的圆在齿条中都变成了直线，即齿顶线、分度线、齿根线等。
2、齿条的齿廓是直线，所以齿廓上各点的法线都是平行的，又由于齿条做直线移动，其齿廓上各点的压力角相等，并等于齿廓直线的齿形角。
3、齿条上各同侧齿廓都是平行的，所以在与分度线平行的各直线上其齿距相等。(即: ）
为避免根切，被切齿轮的最少齿数为17（14）.
20.用范成法加工齿轮避免根切的最少齿数是多少？为避免根切，有哪两种实际可行的措施？
17
1.使被切齿轮的齿数多于发生根切的最小齿数
2.减少齿顶高系数
3.变位修正法
24.齿轮传动按工作条件可分为哪两类：闭式齿轮传动和开式齿轮传动
25.齿轮的失效主要是指哪部分的失效？主要失效形式有哪些？
机械设计基础 第2版 朱龙英主编课后习题答案
《机械设计基础》习题解答目录第0章绪论-------------------------------------------------------------------1 第一章平面机构运动简图与其自由度----------------------------------2 第二章平面连杆机构---------------------------------------------------------4 第三章凸轮机构-------------------------------------------------------------6 第四章齿轮机构------------------------------------------------------- -----8 第五章轮系与其设计------------------------------------------------------19 第六章间歇运动机构------------------------------------------------------26 第七章机械的调速与平衡------------------------------------------------29 第八章带传动---------------------------------------------------------------34 第九章链传动---------------------------------------------------------------38 第十章联接------------------------------------------------------------------42 第十一章轴------------------------------------------------------------------46 第十二章滚动轴承--------------------------------------------------50第十三章滑动轴承------------------------------------------------ 56第十四章联轴器和离合器-------------------------- 59第十五章弹簧------------------------------------62第十六章机械传动系统的设计----------------------65第0章绪论12-3机器的特征是什么？机器和机构有何区别？[解] 1）都是许多人为实物的组合；2）实物之间具有确定的相对运动；3）能完成有用的机械功能或转换机械能。
机械设计基础 课后习题答案 第三版 高等教育出版社课后答案(1-18章全)
机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社课后答案(1-18章全)机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社目录第 1 章机械设计概述??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 1第 2 章摩擦、磨损及润滑概述??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????? 3第 3 章平面机构的结构分析??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????? 12第 4 章平面连杆机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 16第 5 章凸轮机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????36第 6 章间歇运动机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 46第7 章螺纹连接与螺旋传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????? 48第8 章带传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????60第9 章链传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????73第10 章齿轮传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????80第11章蜗杆传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????112第12 章齿轮系??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????124第13 章机械传动设计???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 131第14 章轴和轴毂连接??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 133第15 章轴承??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????138第16 章其他常用零、部件??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????? 152第17 章机械的平衡与调速??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????? 156第18 章机械设计CAD 简介??????????????????????????????????????????????????????????????????? ???????????????????????163第1章机械设计概述1.1 机械设计过程通常分为哪几个阶段?各阶段的主要内容是什么?答:机械设计过程通常可分为以下几个阶段:1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
机械设计基础复习精要：第11章 齿轮传动
133第11章 齿轮传动11.1考点提要11.1.1 重要的术语及概念软齿面、硬齿面、许用应力、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、接触应力、弯曲应力、点蚀、胶合、载荷系数、齿宽系数、齿形系数、应力集中系数、应力循环次数、齿轮精度等级。
11.1.2 许用应力的计算接触疲劳强度的许用应力为： HH HN H S K lim ][σσ= （11—1） 式中：HN K 称为寿命系数，由应力循环次数确定；lim H σ是齿面材料的接触疲劳极限；H S 为安全系数。
即使两齿轮采用同样的材料和热处理，由于两齿轮会有齿数不同，所以应力循环次数也就不同，从而导致寿命系数HN K 不同，因此许用应力也不同。
只有两齿轮齿数相同或齿数虽不同但都按无限寿命取相同的寿命系数HN K 并取相同的安全系数H S ，许用应力才相同。
弯曲疲劳强度的许用应力为：FFE FN F S K σσ=][ （11—2） 式中：环次数确定）为寿命系数（由应力循FN K ；FE σ为齿面材料的弯曲疲劳极限；F S 为安全系数。
即使两齿轮采用同样的材料和热处理，由于两齿轮会有齿数不同，所以应力循环次数也就不同，从而导致寿命系数FN K 不同，因此许用应力也不同。
如果两齿轮齿数相同或齿数虽不同但都按无限寿命取相同的寿命系数FN K 并取相同的安全系数F S ，许用应力才会相同。
为实现等强度设计，如果采用软齿面（HBS 350≤），一般小齿轮比大齿轮硬度高30-50HBS，小齿轮对大齿轮有冷作硬化作用。
如采用硬齿面（HBS 350>），在淬火处理中难以做到如此的硬度差，设计时按同样硬度设计。
要注意：如果是开式齿轮传动，则极限应力要乘以0.7，由于极限应力是按单向转动所获得的数据，如果是双向转动，则也要乘以0.7。
11.1.3齿轮的失效形式和计算准则齿轮的失效形式有五种：（1）轮齿折断。
减缓措施：增大齿根的圆角半径，提高齿面加工精度，增大轴及支承的刚度。
机械设计基础第11章滚动轴承轴向力的计算
见课件机械设计重点难点寿命计算
四、角接触向心轴承轴向载荷的计算 工作过程中要产生内部的轴向力，为了保证
径向载荷即为由外界作用到轴上的径向力 Fr 在各轴承上
这类轴承正常工作，通常是成对使用的。安 产生的径向载荷； 装方式：分为反装和正装，如图16—8 产生的，而是 轴向载荷Fa并不完全由外界轴向作用力 FA和图169应该根据整个轴上的轴向载荷（包括径向载荷 Fr 产生的 ，P261所示。
6
四、角接触向心轴承轴向载荷的计算
如果F/2+FA < F/1 （见图），此时轴有左移的趋势， 轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”。 为了保持轴的平衡，在轴承2的外圈上必有一个平衡力Fb2
作用，作与上述相同的分析。
Fb2
FA
1 2 O2 F’2 F’1 O1 a2 a1 Fr2 Fr1
同样的分析，得作用在轴承1及轴承2上的轴向力分别 为 Fa1 = F/1 （16-8） 5 Fa2= F/1 -FA （16-8） 见课件机械设计重点难点寿命计算
三、滚动轴承的当量动载荷：
在进行轴承寿命计算时，轴承在许多应用场合， 常常同时承受径向载荷Fr和轴向载荷Fa； 当量动载荷P的一般计算公式： 这时，必须把实际载荷换算为与确定基本荷的载荷条件相一致的当量动载荷，用 式中：X，Y分别为径向，轴向载荷系数： 字母P表示。 其值见表16—12，P260. 对于只能承受纯径向载荷R的轴承：P=Fr. 对于以承受径向载荷为主的轴承，称为径向 当量动载荷，用Pr表示； A的轴承：P=Fa 对于只能承受纯轴向载荷 对于以承受轴向载荷为主的轴承，称为轴向 当量动载荷，用Pa表示.
因此根据力的平衡关系作用在轴承1的外圈上的力应是fb1且有作用在轴承1上的总的轴向力fa1167作用在轴承2上的轴向a2为即轴承2只受其自身的内部轴向r1fa四角接触向心轴承轴向载荷的计算四角接触向心轴承轴向载荷的计算同样的分析得作用在轴承1及轴承2上的轴向力分别见图此时轴有左移的趋势轴承2被压紧轴承1被放松
机械设计基础第11章 轴
§11-1 概述 §11-2 轴的结构设计 §11-3 轴的强度计算
小结
第一节 概述
作用：支承作回转运动的零件（如齿轮、带轮、链轮、凸轮、 车轮、蜗轮等）； 传递运动和动力。
一、轴的分类
1.按轴线的形状，分为：
直轴
（通用件）
光轴:形状简单，加工
容易，应力集中源少， 实心轴
但轴上的零件不易装
r ＜ R （或倒角C）＜h
滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈 的厚度，以方便轴承的拆卸。
3）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h ≈
0.5～1.5mm。
第二节 轴的结构设计
2. 长度的确定原则 1） 轴头的长度应比轮毂的宽度小2～3mm ，以保证套筒、圆螺 母、轴端挡圈能靠紧轮毂端面，固定可靠。 2） 轴颈的长度一般等于轴承的宽度。 3）回转零件与机体等固定零件之间要留有适当的间隙，以免相碰
合金钢只能提高轴的强度和耐磨性，但不 能提高轴的刚度，刚度可通过增大轴径，减小 跨度来提高；
第二节 轴的结构设计
轴的结构设计
轴的结构 没有固定 模式，设 计较灵活
即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。 工作部分
轴头
轴颈 安装部分
轴身 连接部分
第二节 轴的结构设计
轴的结构设计应主要满足以下要求： ◆满足制造、安装要求
轴应便于加工，轴上零件要方便装拆 ◆满足零件定位固定要求
轴和轴上零件有准确的工作位置，各零件要牢固而可靠地 相对固定。 ◆满足强度要求，受力合理尽量减少应力集中等
第二节 轴的结构设计
一、便于制造和装配
1、在满足使用要求前提下，轴的结构应尽量简单，段数尽可能 少，且相邻轴段的直径差不宜过大，以减小应力集中。
北京邮电大学《机械设计基础》课后题解模块十一
机械设计基础模块十一一、填空1、根据轴的承载情况，工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴；主要承受转矩的轴称为传动轴；只承受弯矩的轴称为心轴。
2、根据轴的承载情况，自行车的前后轴属于固定心轴。
3、一个阶梯轴由轴头，轴颈，轴身三部分组成。
4、机械零件的磨损过程分三个阶段：跑合阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。
5、两摩擦面之间的典型摩擦状态有干摩擦状态、边界摩擦状态、混合摩擦状态和流体摩擦状态。
6、滚动轴承内、外圈轴线的夹角称为偏转角，各类轴承对允许的偏转角都有一定的限制，允许的偏转角越大，则轴承的调心性能越好。
7、滚动轴承支点轴向固定的结构型式有：双支点单向固定（全固式）；单支点双向固定（固游式）；两端游动（全游式）。
8、选择联轴器的类型可根据传递载荷、工作转速、两轴的对中性。
9、可移式联轴器中，根据补偿位移方法的不同分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。
10、根据联轴器的分类，万向联轴器属于刚性可移式联轴器，套筒联轴器属于固定式联轴器。
二、选择1、下列各轴中，属于转轴的是（A ）。
A．减速器中的齿轮轴；B. 自行车的前、后轴；C．铁路机车的轮轴；D. 滑轮轴。
2、一般二级齿轮减速器的中间轴是（D ）。
A．传动轴；B．固定心轴；C．转动心轴；D．转轴。
3、减速器中，齿轮轴的承载能力主要受到（B ）的限制。
A．短期过载下的静强度；B．疲劳强度；C．脆性破坏；D．刚度。
4、轴环的用途是（D ）。
A．作为加工时的轴向定位；B．使轴上零件获得轴向定位；C．提高轴的强度；D．提高轴的刚度。
5、当采用轴肩定位轴上零件时，零件轴孔的倒角应（A ）轴肩的过渡圆角半径。
A．大于；B．小于；C．大于或等于；D．小于或等于。
6、定位滚动轴承的轴肩高度应（B ）滚动轴承内圈厚度，以便于拆卸轴承。
A．大于；B．小于；C．大于或等于；D．等于。
7、为了保证轴上零件的定位可靠，应使其轮毂长度（A ）安装轮毂的轴头长度。
A．大于；B．小于；C．等于；D．大于或等于。
《机械设计基础》分章复习题及标准答案
《机械设计基础》分章复习题及答案第1章绪论1．（机械）是机器与机构的总称。
2. ( D )是专用零件。
A）螺栓B）齿轮 C）滚动轴承 D）曲轴3．构件是机器的（运动）单元体，零件是机器的（制造）单元体。
4．机构由（构件）组合而成，它们之间具有确定的 (相对运动）。
5. 机构与机器相比，不具备下面（ C ）特征。
A. 人为的各个实物组合B. 各实物之间有确定的相对运动C. 做有用功或转换机械能D. 价格较高6. 在机械中属于制造单元的是 ( C ) 。
A）. 机构 B）. 构件 C）. 零件 D）. 部件7．把各部分之间具有确定相对运动构件的组合称为（ C ）。
A. 机器B. 机械C. 机构D. 机床8. 构件是加工制造的单元，零件是运动的单元。
（×）9. 同一构件中的零件相互之间没有相对运动。
（√）10. 机构与机器的区别是：机构的主要功用在于传递运动或转换运动形式，而机器的主要功用在于为了生产目的而利用或转换机械能。
（√）11. 两个构件之间的连接称为运动副。
（×）12. 指出并说明机械的各组成部分。
答：机械的各组成部分包括：原动机：提供动力；传动装置：传递运动和动力；工作机：执行部分；控制系统：根据机械系统的不同工况对原动机、传动装置和工作机实施控制的装置。
13.机构的主要特征是什么？答：机构由构件组成，且各构件之间具有确定的相对运动。
第2章平面机构的运动简图及自由度1．运动副是使两构件直接接触而又能产生相对运动的连接，机构中各构件间运动和动力的传递都是由运动副来实现的。
2．按接触形式不同，运动副可分为高副和低副。
两构件之间以面接触所组成的运动副称为低副，两构件之间通过点或线接触所组成的运动副称为高副。
3. 对组成运动副两构件之间的相对运动所加的限制称为约束。
4. 当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为 2 个，至少为 1 个。
机械设计基础轴承的选用与寿命计算
机械设计基础轴承的选用与寿命计算机械设计基础轴承的选用与寿命计算轴承是机械设计中的重要组件之一，具有支撑和传递载荷、减少摩擦、保持机器运转稳定的功能。
正确选用轴承和进行寿命计算对于机械系统的可靠性和寿命有着重要影响。
本文将介绍机械设计中轴承选用的一些基本原则以及轴承寿命的计算方法。
一、轴承选用的基本原则在进行轴承选用前，首先需要了解设备所需的轴承类型和性能参数。
一般而言，轴承的选用需要满足以下几个基本原则：1. 载荷要求：根据机械设备的工作环境和应力情况，选择承受载荷能力适当的轴承。
轴承的额定载荷是指在标准条件下，在一定寿命（通常为L10寿命）内，轴承能承受的最大静态或动态载荷。
2. 轴承类型和结构：根据工作环境和要求，选择合适的轴承类型和结构。
常见的轴承类型包括：深沟球轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承等。
3. 轴承润滑：轴承的润滑方式有润滑脂润滑和油润滑两种方式，根据设备的工况和需求选择合适的润滑方式。
4. 紧定方式：根据工作环境和要求，选择适当的轴承紧定方式，如轴承座、矫正套、轴承套等。
5. 寿命要求：根据设备的使用寿命要求，选择能够满足寿命要求的轴承。
常用的寿命计算方法有基本额定寿命法和修正寿命法。
二、轴承寿命的计算方法轴承的寿命是指在一定工作条件下，轴承能够正常运转的时间。
常用的轴承寿命计算方法有基本额定寿命法和修正寿命法。
1. 基本额定寿命法：基本额定寿命是指在标准条件下，轴承在满足一定运转状态要求下的额定寿命。
在进行基本额定寿命法的计算时，需要考虑径向载荷、轴向载荷、转速、温度等因素。
2. 修正寿命法：修正寿命法是在实际工况下，根据轴承受的应力情况和工作条件进行修正的寿命计算方法。
通过考虑载荷、速度、温度、润滑方式、清洁度等因素，对轴承的寿命进行修正。
三、轴承寿命的影响因素除了选用合适的轴承类型和计算寿命外，轴承寿命还受以下因素的影响：1. 轴承质量：轴承的质量对寿命有重要影响。
选择质量可靠的轴承制造商和供应商，确保轴承的质量合格。
机械设计基础-轴承分解
ｆp －载荷系数，查表 Fr 、 Fa －轴承承受的径向、轴向载荷
三、 当量动载荷Ｐ
对于向心轴承，C指径向载荷(Cr);
只能承受纯径向载荷的轴承（如N类）：P＝ fp Fr
只能承受纯轴向载荷的轴承（如5类）： P＝ fp Fa
当量动载荷：把实际载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的假想载荷，用P表示。
（6）圆柱滚子轴承 N类
只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷。承受载荷能力比同尺寸的球轴承大，尤其是承受冲击载荷能力强，极限转速较高。有外圈无挡边、内圈无挡边以及内圈有单挡边 三类
1、滚动轴承选择的一般过程
根据载荷性质选择轴承的类型和尺寸系列；
按轴径确定轴承内径；
有无严格要求：若有则校核承载能力； 若无则不用校核。
可靠度R=90%
L10的物理意义：
1）对一批轴承而言：指90%轴承能达到或超过的寿命。
2）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为90%。
3）当可靠度不为90%时，对L10进行修正：
可靠性寿命修正系数
注意：额定寿命随运转条件而变化。 比如：外载荷增大，则额定寿命降低。 因此：基本额定寿命并不能直接反应轴承的承载能力。
向心推力轴承
Fr
Fa
接触角α——滚动体与外圈滚道接触点(线)处的法线与 轴承半径方向的夹角，称为滚动轴承的接触角。
滚动轴承接触角
—滚动体与外圈（或松圈）滚道接触点的法线与轴承径向平面的夹角，称为滚动轴承的公称接触角。接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力越强。
几种滚动轴承的公称接触角
当轴承受纯径向载荷Fr作用时，通常只有半圈滚动体受载 。
- 处于Fr作用线最下方位置的滚动体承载最大(Fmax)，而远离作用线的各滚动体，其承载就逐渐减小。
机械设计基础-轴及轴承设计
轴及轴承设计
按照轴的轴线形状,可将轴分为直轴、曲轴和挠性轴。 直轴各轴段轴线为同一直线。 曲轴各轴段轴线不在同一直 线上,主要用于有往复式运动的机械中,如内燃机中的曲轴 (见图10-5)。挠性轴轴线可任意弯曲,可改变运动的传递方向, 常用于远距离控制机构、 仪表传动及手持电动工具中(见图 10-6)。另外还有空心轴、光轴和阶梯轴(见图10-7)。
轴及轴承设计
图10-11 减小轴圆角处应力集中的结构
轴及轴承设计
(2)制造工艺方面。提高轴的表面质量,降低表面粗糙度, 对轴表面采用碾压、喷丸和 表面热处理等强化方法,均可显 著提高轴的疲劳强度。
(3)轴上零件的合理布局。在轴结构设计时,可采取改变 受力情况和零件在轴上的位 置等措施,达到减轻轴载荷,减小 轴尺寸,提高轴强度的目的。
轴及轴承设计
图10-8 轴的结构
轴及轴承设计
在图10-8中,轴各部分的含义: 轴颈:轴与轴承配合处的轴段。 轴头:安装轮毂键槽处的轴段。 轴身:轴头与轴颈间的轴段。 轴肩或轴环:阶梯轴上截面尺寸变化的部位,其中一个尺 寸直径最大称为轴环。
轴及轴承设计
1.轴上零件的定位和固定 轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装 位置;固定则是为了保证轴上 零件在运转中保持原位不变。 (1)轴上零件的轴向定位和固定。为了防止零件的轴向 移动,通常采用下列结构形式 实现轴向固定:轴肩、轴环、套 筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈等。 (2)轴上零件的周向固定。周向固定的目的是为了限制 轴上零件相对于轴的转动,以 满足机器传递扭矩和运动的要 求。常用的周向固定方法有键、花键、销、过盈配合、成型 连 接等,其中以键和花键连接应用最广。
齿轮润滑采用油浴润滑,轴承采用脂润滑。
机械设计基础 第3版 教学课件 ppt 作者 王大康 11-14 第十一章 轴
轴颈
1. 轴颈—与轴承配合的轴段。 2. 轴头—与传动零件配合的轴段。 3. 轴身—连接轴颈与轴头的轴段。
二、轴的各部分名称
轴颈 轴头
轴头
轴身
轴颈
1. 轴颈—与轴承配合的轴段。 2. 轴头—与传动零件配合的轴段。 3. 轴身—连接轴颈与轴头的轴段。
三、轴结构设计的主要要求
（1）轴和轴上零件要有准确的工作位置且定位可靠； （2）轴上零件应便于装拆和调整；
挠性轴
曲轴
一般使用转速为800~3600r/min ，小尺寸挠性轴可达 20000r/min。
2. 按承受载荷分 （1）心轴：工作时只受弯矩的轴。
a） 转动心轴：轴的弯曲应力为对称循环应力。 b）固定心轴：轴的弯曲应力为静应力。
a)
b)
心轴 a) 转动心轴 b) 固定心轴
（2）传动轴：工作时只受转矩的轴。
（6）为减少加工刀具的种类，轴上的倒角、圆角的尺 寸应尽量一致。
（7）对制造精度要求高的轴，轴的两端应加工中心孔， 作为加工和检验的基准。 4. 提高轴的强度 多数轴受变应力作用， 故易发生疲劳破坏。设计 时应从结构上减小应力集 中。 （1）轴肩处应有较大 的过渡圆角，必要时可采 用内凹圆角或隔离环。
轴的设计方法：
1. 轴径的初步计算，以确定轴的最小直径；
2. 确定各轴段的直径和长度，进行轴的结构设计；
3. 轴的强度验算，根据验算结果调整轴的结构和尺寸；
4. 完成轴的设计。 轴的结构设计通常是经过初步计算，确定轴的最小 直径后进行的。影响轴结构的因素很多，轴的结构需在 设计中依具体情况确定，所以轴没有标准的结构形式。
第十一章
轴
第一节
概述
轴是组成机器的重要零件，轴的设计、制造质量直接影 响机器的工作质量和性能。 轴的作用： 1. 支承回转零件，使其具有确定的工作位置。
高等教育出版社第11章机械设计基础第五版 齿轮传动
材料及热处理；增大模数；增大齿根圆角半径； 消除刀痕；喷丸、滚压处理；增大轴及支承刚度。
二、齿面点蚀：
在润滑良好的闭式齿轮传动中，由于齿面材料在 交变接触应力（脉动循环）作用下，因为接触疲劳产 生金属微粒剥落形成凹坑的破坏形式称为点蚀。
则可得到：
2T1 圆周力： Ft d1
经向力：Fr
N N N
Ft tan
Ft 法向力： Fn cos
小齿轮上的转矩：
P T1 9550 ( N m) n1
圆周力Ft的方向在主动轮上与运动方向相反， 在从动轮上与运动方向相同。经向力Fr的方向都是 由作用点指向各自的轮心，与齿轮回转方向无关。
把
b d d1
代入上式得
m3
2 KT1 YFa
FE
SF
试验轮齿失效概率为1/100时的 齿根弯曲疲劳极限，见表11-1。 若轮齿两面工作时，应将数值乘 以0.7倍。 安全系数，见表11-5
在进行弯曲强度验算时，应对大小齿轮分别 进行验算；而在计算m时，应以
§11-5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算
直齿圆柱齿轮的强度计算方法是其它各类齿轮
传动计算方法的基础，斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿
轮等强度计算，可以折合成当量直齿圆柱齿轮来进
行计算。
强度计算的目的在于保证齿轮传动在工作载荷
的作用下，在预定的工作条件下不发生各种失效。
齿轮强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式 来进行的。
三、齿面胶合
高速重载的齿轮传动，齿面间的压力大，瞬时 温度高，油变稀而降低了润滑效果，导致摩擦增大， 发热增多，将会使某些齿面上接触的点熔合焊在一 起，在两齿面间相对滑动时，焊在一起的地方又被 撕开。于是，在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕， 这种现象称作胶合。
机械设计基础第十一章 齿轮传动
Ft1 = 2T1
d1
Fr1 = Ft1tan
Fn1
Ft1
cos
小齿轮上的转矩：
O2
T1
106
P
1
9.55 106
P n1
N mm
P为传递的功率（KW）
t
ω1----小齿轮上的角速度，
d1----小齿轮上的分度圆直径， N1
n1----小齿轮上的转速
α----压力角
α
ω2
（从动）
标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算
分度， 取标准值 ha*＝1
齿根高：hf=(ha* +c*)m ca* ——顶隙系数， 取标准值 c*=0.25
ha s N e h hf
pn pb
rb
rf r ra
α
全齿高：h= ha+hf =(2ha* +c*)m
合金结构钢 铸钢 灰铸铁
球墨铸铁
表13-1
牌号
35
45
50 40Cr
35SiMn 40MnB
…… ZG270-500
…… HT200 …… QT500-5 ……
常用的齿轮材料
热处理
正火 调质 表面淬火 正火 调质 表面淬火 正火 调质 表面淬火 调质 表面淬火 调质 ……
正火
……
硬度（HBS或HRC）
1.2~1.6
1.6~1.8
1.6~1.8
1.8~2.0
(
Fn b
)min
大的冲击 1.6~1.8 1.9~2.1 2.2~2.4
§11－5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算
齿轮强度计算的主要目的是避免失效。 闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀 和齿根弯曲疲劳折断。 开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损 和齿根弯曲疲劳折断。
机械设计基础_第11章机械装置的润滑与密封
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11.2润滑剂及其选择
在选择润滑脂时还应注意，所选润滑脂的滴点必须高于工 作温度l 5～20℃(一般为20～30℃)；载荷愈大和冲击振动严 重时，所选润滑脂的针入度应越小，以提高油膜承载能力； 速度越高，所选润滑脂的锥入度应越大，以减少内摩擦，提 高效率；当润滑脂用于集中润滑时，锥入度一般应在300以上。
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13
11.2润滑剂及其选择
3. 润滑油的选择 合理选择润滑油要遵循以下原则。 1）工作载荷 在一定的工作载荷下，首先要保证润滑剂有
足够的承载能力。如重载时应选粘度高的润滑油，便于形成 油膜；而对非液体润滑，应选油性好或极压性好的润滑油。 2）工作速度 即两摩擦表面间相对滑动速度愈高，所选润 滑油的粘度应愈低，以减少内摩擦阻力和防止严重发热，低 速运动副则应采用粘度较高的润滑油。
运动粘度是润滑油的动力粘度与同温度下该液体的密度的 比值。其表达式为
式中为液体的运动粘度，单位是m2/s； 为液体的动力粘度， 单位是Pa·s；为同温度下液体的密度，单位是kg/m3。
运动粘度的法定计量单位m2/s太大,工程上常用mm2/s。
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11.2润滑剂及其选择
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11.2润滑剂及其选择
11.2.2 润滑脂
1. 润滑脂的性能指标 1）锥入度 也叫针入度，表示润滑脂软硬、稠密和流动性。
锥入度越小表示润滑脂越硬，流动性越差，内部阻力越大。 2）滴点 是指润滑脂受热后开始滴落时的温度，表征了润
滑脂的耐热能力。润滑脂的工作温度一般应低于滴点15~25℃。 3）耐水性 指润滑脂遇水时保持原有性能的能力。耐水性
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11.2润滑剂及其选择
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按承载方向和公称接触角α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
α α 向心径向轴向心承接角：触接0°轴触≤承轴承—≤4——5°α—，＝0主0°°要<的径向接触轴承承≤向受45心径°轴向的承深 沟 球 轴 承载向；荷心；轴承向 心 角 接 触 轴 承
角 接 触 球 轴 承
较小的双向轴向载荷
寿命，内外圈和滚动体采用专用的滚动轴承钢。
材料 套圈及滚动体(滚动轴承钢) GCr15—普通
保持架 高聚物
9Cr18（440C）--防锈
低碳钢
Cr4Mo4V(M50)—高温
铜
Si3N4—特殊环境 热处理和加工：
夹布胶木、聚合物
对专用轴承钢经渗碳淬火处理硬度不低于61HRC，工作表 面要求磨削和抛光，从而达到较高精度。
结构简图
承载方向 极限 允许偏 主要特性和应用 转速 转角
滚针轴承 NA
只能承受径向载荷,承 载能力大,径向尺寸特 小,一般无保持架,因而 滚针间有摩擦,轴承极 低 不允许 限转速低。这类轴承不
允许有角偏差。 轴承内、外圈可分离
可以不带内圈
11-2.2.2 滚动轴承代号：(标准化、系列化、专业化生产)
3 滚针轴承
4 外球面球轴承
5 直线轴承
6
代号 7 8 9 N NA U L
2. 尺寸系列代号：分别是宽度系列与直径系列
内径相同的前提下，滚动体越大，外径和宽度就越大，承载越大。 直径系列是指相同内径的轴承有几个不同的外径。 宽度系列是指相同内外径的轴承有几个不同的宽度。
窄 正常
国家标准GB/T 272-2017规定了一般用途滚动轴承代号的编制 方法，由字母和数字组成，分为三部分：前置代号、基本代号、 后置代号，以基本代号(5位宽度)和后置代号为主。
（1）基本代号：表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是 轴承代号的基础。
（2）前置代号：用字母表示成套轴承的分部件。 （3）后置代号：用字母（或加数字）表示，置于基本代
号右边。
滚动轴承代号的构成
前置代号 成 套 轴 承 分 部 件
基本代号
后置代号
类尺内内密保轴
型寸径部封持承
代系代结防架材
号列码构尘结料
代（代与构变
号占号外及化
2 2
（
圈材代
占位
形料号
）
状变
位
变化
）
化代
代号
号
精 游 配其 度 隙 置它 等组代 后置代号
类型代号
尺寸系列代号
按摩擦性质分： 滚动轴承 和 滑动轴承
按承载方向分： 向心轴承 —主要承受径向载荷 推力轴承 —主要承受轴向载荷
滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产。
Fr Fa
故学习本节的目的主要解决三个问题：
1、如何选择滚动轴承的类型和尺寸； 2、滚动轴承的寿命计算； 3、滚动轴承组合设计。
11-2.1.1 滚动轴承的构造
滚动轴承的类型； 滚动轴承的代号； 选用原则。
11-2.1 概述 11-2.2 滚动轴承的类型和代号
轴承的功用
1、支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度 2、减少转轴与支承之间的摩擦和磨损
轴承的分类
滑动轴承
轴承
滚动轴承
用于特殊场合，如：高速、高精度、 重载、结构上要求剖分等场合。
已标准化，优点多，应用广
尺寸范围 1）微小型：<Φ10mm 2）通用型：Φ10～Φ500mm 3）大型或特大型：>Φ500mm
11-2.2.1 滚动轴承的类型
按滚动体的形状
球轴承：摩擦损耗小，承载能力和抗冲击能力弱 滚子轴承：与球轴承相反，损耗大，能力强
按滚动体的列数分： 单列、双列和多列。
按是否能调心分： 调心轴承和刚性轴承。
内径代号
后置代号：用于表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求， 用 触用数字球字母轴或或承字数，母字分表示表别内示用径；C尺、如寸A：C接和由 （触B轴2表角位承示数为的字内1宽5）部°代度组结号系、成列构2。5和的°直不和径同4系0。列°代的号角接 又1—如调：心轴球承轴的承公差10等级分别宽为度2级系列、：4级00、5级、直6径级系（列6：x） 和 /P3562———0、级圆 推 深/，锥力沟P4滚球球共、子轴轴5/个P轴承承5承级、别/P111257，6（依/次P6由x 012）高— — —和级窄 正 宽/常； ；到P0；低（级000省231，略其）代。号102———分特特轻别轻轻；为；；： 再7—如角：接轴触承球的轴承径向20游~50隙0 系列3分、为4—1特组宽、d；/25组、0组3、—中3组；、4组 和N—5组圆，柱滚共子6个轴承组22别、，28、径3向2及游505隙0、以依6上—次特由宽小/。内到径大。04组—重最。常用，
不标出，其余用 /C1、/C2 ···表示。
1. 类型代号
滚动轴承主要类型代号表
轴承类型 双列角接触球轴承 双列调心球轴承 双列调心滚子轴承 推力调心滚子轴承 圆锥滚子轴承 双列深沟球轴承 推力球轴承 深沟球轴承
代号 0 1
轴承类型 角接触球轴承 推力滚子轴承
2 推力圆锥滚子轴承
29 圆柱滚子轴承
单向轴向载荷
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
按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承 径向接触轴向心承轴角接向触接推轴触力承轴角承接触轴承
表11-2 常用轴承的主要类型和特性
轴承名称 类型代号
滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成； 滚动体是滚动轴承中的核心元件，将相对运动变为滚动摩擦； 有时候可以没有内圈、外圈、保持架等。
滚子轴承 Roller bearings
球轴承 Ball bearings
滚动轴承中的承载形式为点或线接触，最大接触应力可以 高达4000MPa；为使滚动轴承具有一定的承载能力和使用
保持架：通常用低碳钢板冲压而成，还可采用铜合金、铝
合金、酚醛胶布或塑料，高聚物。
陶瓷材料
2
11-2.1.2 滚动轴承的特点
特点（与滑动轴承相比） 1) 摩擦系数小，f=0.001～0.004,效率高，可达0.99 2) 启动灵活，控制方便 3) 润滑容易 4) 标准化、可互换，维护容易、成本低 5) 但抗冲击差，重载能力差 6）高速时寿命有限 7）很难做成剖分式（目前德国可以做到）