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。
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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）