机械设计基础 第十三章 轴承

→硬晶粒起耐磨作用，软基体则增加材料的塑性。
特点：嵌入性、顺应性最好，抗胶合性好，但机械强度较低。
∴ 作为轴承衬浇注在软钢或青铜轴瓦的表面。——价格较贵
(5) 多孔质金属材料（粉末冶金）——含油轴承 原理：利用铁或铜和石墨粉末、树脂混合 经压型、烧结、整形、浸油而制成。
特点：组织疏松多孔，孔隙中能大量吸收润滑油， ∴ 称含油轴承，具有自润滑的性能。
=90°
能同时承受径向和轴向力
按滚动体形状
球轴承 ——承载能力低，极限转速高。 滚子轴承——承载能力高，极限转速低 。
三、滚动轴承的特点
1） f 小起动力矩小，η高。
优点
2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）。 3）轴向尺寸小。 4）某些轴能同时承受Fr和Fa，使机器结构紧凑。 5）润滑方便、简单、易于密封和维护。 6）互换性好（标准零件）。
2、脂润滑—— 旋盖式油脂杯、黄油枪。
2、限制轴承的 pv 值 目的：限制 pv 是控制轴承温升，避免边界膜的破裂。
p v F dn Fn [ p v] dB 60 1000 19100 B
3、限制滑动速度v 目的：当p较小时，避免由于v过高而引起轴瓦加速磨损。
v dn [v] 60 1000
间歇供油: 油壶或油枪
连续供油: (1) 滴油润滑 可调节油量!
连续供油: (3) 油环润滑 适于n=50～2000r/min
20°
§13—5 非全液体摩擦滑动轴承的计算
主要失效：磨损与胶合。 设计准则：维护轴承材料和边界油膜不被破坏为最低要求。 计算方法：简化计算（条件性计算）。
一、向心滑动轴承
(6) 非金属材料——塑料、橡胶
塑料—— f小，耐腐蚀，具有自润滑性能， 但导热性差，易变形，承载能力差。 如酚醛树脂、聚铣胺（尼龙）等； 可用油，也可用水润滑。
橡胶—— 弹性大，允许轴线一定偏斜， 用水作润滑剂，用于环境较脏污处。 例如水泵、水轮机和其它水下机械用轴承。
整体式轴套 整体式轴瓦 单层、双层或多层材料卷制轴套
第十三章
轴承
§13—1 概 述
轴承——支承轴颈，使轴做回转运动。
滑动摩擦轴承
滚动摩擦轴承
一、滑动轴承类型 承载方向不同：
径向轴承（向心轴承）（受Fr） 止推轴承（推力轴承）（受Fa）
润滑状态
流体润滑轴承 非流体润滑轴承 无润滑轴承
二、滑动轴承的特点
优点
(1) 承载能力高 (2) 工作平稳可靠、噪声低 (3) 径向尺寸小 (4) 精度高
(2) 宽度系列——右起第四位 表示同一内径和外径的轴承可以有不同的宽度。 常用代号：0，1，2，3
正常宽度系列，可略去不写
宽度系列与直径系列有一定的对应关系： 如01，02，03，11……
3、 轴承类型：基本代号右起五位，用数字或字母 表13－6
1—调心球轴承 3—圆锥滚子轴承 5—推力球轴承 6—深沟球轴承 7—角接触球轴承 N—圆柱滚子轴承
轴向油槽；周向油槽
(1) 润滑油应从油膜压力最小处输入轴承。 (2) 油槽（沟）开在非承载区，否则会降低油膜的承载能力。
(3) 油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失。
轴向油沟长度≈0.8B(轴瓦宽度)
(4) 水平安装轴承油槽开半周，不要延伸到承载区， 全周油槽应开在靠近轴承端部处。
(5) 垂直安装的轴承，全周油槽应靠上端部处开设。
内、外圈、滚动体 —— GCr15、GCr15-SiMn等轴承钢 热处理后硬度：HRC60~65
保持架 —— 低碳钢板冲压而成，高速轴承多采用有色金属 （如黄铜）或塑料、聚四氟乙烯保持架。
四、滚动轴承的主要类型与特点
向心轴承
主要承受径向力
按承受载荷的 作用方向分：
=0
推力轴承
只能承受轴向力
角接触轴承
p F [ p] dB
p v F dn Fn [ p v] dB 60 1000 19100 B
v dn [v] 60 1000
计算不满足的措施
(1) 选用较好的轴瓦或轴承衬材料 (2) 增大d或B
滑动轴承的配合—— H9/d9，H8/ f 7，H7/ f 6 旋转精度要求高的轴承，选择较高的精度，较紧的配合； 反之，选择较低的精度，较松的配合。
油室 —— 使润滑油沿轴向均匀分布，同时贮油、 稳定供油和改善轴承散热。
位置：开在非承载区。 如轴颈经常正反转时，可开在两侧。
§13—4 润滑剂和润滑装置
一、润滑剂的选择 润滑剂——油、脂、固体润滑剂 选择依据——工作载荷、相对滑动速度、 工作温度和特殊工作环境等。
1、润滑油 粘度是选择润滑油最重要的参考指标。 粘度——表征润滑油流动时其油层内摩擦阻力 的大小的一个主要指标。
厚壁轴瓦——铸造形成 剖分式轴瓦
薄壁轴瓦——可用双金属板连续轧制
厚壁轴瓦：内表有轴承衬，轴瓦内表面制出凹沟、螺纹等。
薄壁轴瓦：衬层厚度愈薄（S<0.36mm），轴承合金的疲劳 强度愈高；∴轴承衬要尽可能做薄一些。
2、油孔、油槽和油室
油孔——用来供应润滑油。 油槽（沟）——用来使润滑油散布到轴颈表面：
滚动轴承的代号
前置代号
（字母）
基本代号
（数字、字母）
五 四 三 二一
∣
∣∣ ∣ ∣
轴
类宽 直 内
承
型度 径 径
分
代系 系 代
部
号列 列 号
件
代代
代
号号
号
尺寸系列代号
后置代号
(字母+数字)
∣∣ 密保 封持 与架 防及 尘材 代料 号代
号
∣ ∣ ∣∣∣ 特 公 内游其 殊 差 部隙他 轴 等 结代代 承 级 构号号
滚动体
外圈
内圈
保持架
液体动力润滑的滑动轴承，在起动和停车过程中往往 处于混合润滑状态。
因此，在设计液体动力润滑轴承时，常用以上条件性 计算作为初步计算 ，即初步计算时也要验算p、pv、v。
滚动体的形状
球
柱形
二、滚动轴承的材料 滚动体与内外圈的材料要求有高的硬度和接触疲
劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。
d
2 0
)
dm n 60 1000
[
pv]
dm
பைடு நூலகம்
d
d0 2
——止推环平均直径
[p]、[pv]——考虑平均直径和多环受力
不均，取值降低50％。
§13—6 滚动轴承的结构
滚动轴承由于是滚动摩擦，∴摩擦阻力小，发热量小， 效率高，起动灵敏、维护方便，并且已标准化，便于选用与 更换，因此使用十分广泛。
一、滚动轴承的构造
二、轴瓦
1、轴瓦的形式与结构
整体式轴瓦 形式
剖分式轴瓦
结构
单金属 双金属→有轴承衬（1～2层） 三金属→钢—青铜—轴承衬
2、常用材料
金属材料 粉末冶金 非金属材料
(1) 铸铁——有游离的石墨能有润滑作用 适于轻载、低速，不受冲击的场合。
(2) 轴承合金——又称巴氏合金或白合金 由锡（Sn）、铅（Pb）、锑（Sb）、铜（Cu）等组成。 锡或铅为基体（软）， 含有锑锡（Sb-Sn）或铜锡（Cu-Sn）的晶粒（硬）。
(3) 铜合金——青铜基体
锡青铜：减摩、耐磨性最好； 应用较广，强度比轴承合金高， 适于重载、中速。
铅青铜：抗胶合能力强；适于高速、重载。
铝青铜：强度及硬度较高，抗胶合性差； 适于低速、重载传动。
(4) 铝基合金 ——强度高、耐磨性、耐腐蚀和导热性好 低锡—用于高速中小功率柴油机轴承。 高锡—用于高速大功率柴油机轴承。
缺点
1）承受冲击载荷能力差。 2）高速时噪音、振动较大。 3）高速重载寿命较低。 4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）。
角接触轴承
0<≤ 45°
向心角接触轴承 径向力（主要） 轴向力
45°<<90° 推力角接触轴承 径向力 轴向力 （主要）
§13—7 滚动轴承的代号
基本代号是轴承代号的基础。 前置代号和后置代号都是轴承代号的补充，只有在遇 到对轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等 有特殊要求时才使用，一般情况可部分或全部省略。
例：机床、发电机、轧钢机、大型电机、 内燃机、铁路机车、仪表等。
§13—2 滑动轴承的结构
一、向心滑动轴承
1、整体式向心滑动轴承
2、剖分式向心滑动轴承
适于低速、轻载或间隙工作的机器。 3、自动调心式向心滑动轴承
剖分式径向滑动轴承装拆方便，轴瓦磨损后 可调整剖分面处的垫片来调整轴承间隙。
4、调隙式向心滑动轴承
3、固体润滑剂 轴承在高温，低速、重载情况下工作，
不宜采用润滑油或脂时可采用固体润滑剂。 常用：石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼、二硫化钨等。
使用方法： (1) 调配到油或脂中使用； (2) 涂敷或烧结到摩擦表面； (3) 渗入轴瓦材料或成型镶嵌在轴承中使用。
选择粘度时，应考虑如下基本原则：
(1) 压力大、温度高、载荷冲击变动大 →粘度大的润滑油。
4 3
5 2
1
1
1-轴瓦；2-轴；3、5-螺母；4-轴承座
R球
二、推力滑动轴承 ——承受轴向力，并且防止轴的轴向移动。
Fa
Fa
d0 d
单环状单向推力轴承
d d0
多环状推力轴承 轴向载荷较大时
§13—3 滑动轴承的材料
一、滑动轴承的材料——轴瓦和轴承衬的材料
主要失效形式：磨损和胶合、疲劳破坏。
1、对轴承材料的要求 (1) 良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性。 (2) 良好的顺应性，嵌入性和磨合性。 (3) 足够的强度和必要的塑性。 (4) 良好的耐腐蚀性、热化学性能（传热性 和热膨胀性）和润滑性（对油的吸附能力）。 (5) 良好的工艺性和经济性等。
一、基本代号—— 1位字母（或数字）＋4位数字
内径代号
直径系列代号 宽度系列代号
尺寸系列
类型代号
1 — 调心球轴承
3 — 圆锥滚子轴承
轴承类型
5 — 推力球轴承 6 — 深沟球轴承
7 — 角接触球轴承
N — 圆柱滚子轴承
2、尺寸系列：
(1)、 直径系列——右起第三位 表示轴承有相同内径时，可有不同的外径。
(5) 流体润滑时，摩擦、磨损较小 (6) 油膜有一定的吸振能力
缺点
(1) 非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大，磨损严重。
(2) 流体动力摩擦滑动轴承在起动、停车、载荷、 转速变化比较大的情况下难于实现流体摩擦。
(3) 流体摩擦滑动轴承设计、制造、维护费用较高。
三、应用
(1) 转速特高或特低。 (2) 对回转精度要求特别高的轴。 (3) 承受特大载荷的轴承。 (4) 冲击、振动较大的轴承。 (5) 径向尺寸受限制，或轴承要做成剖分式的结构。
(2) 滑动速度大→粘度较低的润滑油。 (3) 粗糙或未经跑合的表面→粘度较高的润滑油。 (4) 参考表13-2。
油性：指润滑油吸附在接触表面的能力 非全液体润滑时，润滑油的油性对防止金属磨 损起着主要作用。
润滑脂选择原则：
(1) 轻载高速时选针入度大的润滑脂，反之 选针入度小的润滑脂。
(2) 所用润滑脂的滴点应比轴承的工作温度高 约20~30℃。
材代代 料号号
代 号
1、内径代号：轴承的内径——右起一二位数字 (1) d=10, 12, 15, 17mm 时: 代号: 00 01 02 03 (2) d= 20 ~ 480mm，且为5的倍数时: 代号=d/5 (3) d<10mm或d>500mm，及d=22，28，32mm 时: 代号 = 内径尺寸，并与尺寸系列代号用 “/” 分开
2、润滑脂
—— 润滑油加稠化剂（如钙、钠、锂的金属皂） 的膏状混合物。
特点：稠度大，不易流失，承载能力大。 但稳定性差，摩擦功耗大，流动性差，无冷却效果。
应用：适于低速重载且温度变化不大处，难于连续供油时。 针入度——表示润滑脂稀稠度的指标。 滴点—— 指温度升高时，润滑脂第一滴掉下时的温度，
衡量其耐热性。 耐水性—— 指与水接触时其特性的保持程度。
二、推力滑动轴承——由轴承座和止推轴颈组成。
Fa
Fa
Fa
Fa
d0
d
d
实心端面轴颈 空心端面轴颈
d0 d
环状轴颈
d d0
多环轴颈
限制轴承平均比压 p 和 pvm 值：
p
Z
4
F
(d
2
d
2 0
)
[ p]
考虑油槽使支承面积 减小的系数，通常取 0.85~0.95
Fa
d d0
p vm
Z
4
F (d 2
1、限制平均比压P
p F [ p] dB
表13－1
目的：避免在载荷作用下润滑油被完全挤出， 导致轴承过度磨损。
连续供油: (2) 绳芯润滑 盖
杯体 接头 油芯
不可调节油量!
(4) 浸油润滑——轴颈直接浸在油池中，搅油损失较大。 (5) 飞溅润滑——利用油池中的转动件将润滑油溅成油沫润滑。
(6) 压力循环润滑——用油泵连续压力供油，适于重载、 高速和交变载荷作用。
(3) 在有水淋或潮湿的环境下应选择防水性强 的润滑脂——铝基润滑脂、钙基润滑脂。
钙基润滑脂——耐水，适宜温度<60~80oC 钠基润滑脂——不耐水,适宜温度100~150oC 锂基润滑脂——耐水，适宜温度-20~150oC
二、润滑方法 1、油润滑
间歇供油：小型低速、间歇运动场合。 连续供油：重要的轴承。