《机械设计基础(第4版)》教学课件—13轴承的选择和计算
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。
机械设计基础机械设计中的轴承选择与设计
机械设计基础机械设计中的轴承选择与设计机械设计基础机械设计中的轴承选择与设计在机械设计中，轴承的选择与设计是至关重要的一环。
轴承的优良性能直接影响着机械设备的运行效率、稳定性和寿命。
本文将介绍机械设计中轴承的选择原则和设计方法，以及润滑、密封和安装等相关注意事项。
一、轴承的选择原则1. 载荷计算：根据机械装置的工作条件、工作环境和工作要求，确定轴承所需承受的载荷类型和大小。
轴承的额定动载荷和静载荷是评价其承载能力的关键指标。
2. 转速要求：根据机械设备的转速要求和运行状态，选择适合的轴承类型。
普通轴承适用于低速转动，而高速轴承则需要具备优异的回转精度和高速稳定性。
3. 轴承的寿命：确定机械设备的使用寿命要求，并通过计算和选择合适的轴承型号和尺寸来满足寿命要求。
常用的寿命计算方法有L10寿命计算方法和相当静载荷（P0）法等。
4. 安装尺寸：根据机械设备的结构尺寸和安装空间，选择合适的轴承外形尺寸和结构形式。
常见的轴承结构形式包括深沟球轴承、圆柱滚子轴承和角接触球轴承等。
5. 环境适应性：考虑机械设备的工作环境，选择适应特定工况需求的轴承材料和润滑方式。
常见的轴承材料有高碳铬钢、不锈钢、聚四氟乙烯和陶瓷等。
二、轴承的设计方法1. 载荷分析：通过对机械装置的工作原理和受力情况的分析，确定主要受力部位和受力方向，进而计算出轴承所需的载荷大小和方向。
2. 选型计算：根据已确定的载荷和工作条件，借助轴承手册或专业软件进行选型计算。
选型时需要考虑轴承额定动载荷、静载荷、转速限制和寿命等参数。
3. 轴承布局：根据机械设备的结构特点和轴承的尺寸，确定轴承的布局方式。
合理的轴承布局可以提高机械设备的传动效率和稳定性。
4. 轴承内部设计：根据轴承所承受的载荷和运行条件，设计轴承内部结构，包括滚动体数量、尺寸、角接触、接触角度和保持架等参数。
三、润滑、密封和安装1. 润滑方式：根据工作条件和轴承的要求，选择合适的润滑方式。
机械设计基础课件 第十七章 轴承
轻系列
75
轴承，
α=15°
公差等级 6级 0级
三、滚动轴承类型的选择
1、轴向所受的载荷 大小：载荷大，有冲击——滚子轴承；载荷小——球轴承 方向：
纯轴向载荷——轴向接触轴承（推力轴承） 纯径向载荷——径向接触轴承（向心轴承） 径向+轴向载荷： 轴向载荷较小：深沟球轴承，小角角接触球轴承，圆锥滚子轴承
N.圆柱滚子轴承，径向承载能力最强 NA.滚针轴承，外径最小，特别适用于径向尺寸受限制的地方
滚动轴承的代号
X
X
X
XX
类型 宽度系列 直径系列 内径
*3.6.7类重要
第二位：宽度系列
0 窄系列（可省略，但3类的不可省）
1 正常系列
2 宽系列
第三位 ：直径系列
0,1 特轻系列
2 轻系列
3 中系列
4 重系列
按滚动体的列数：单列，双列和多列
p303有一个表格要背的，我把主要特点写出来了，其余的自己看书 1.调心球轴承 自动调心 2.调心滚子轴承，自动调心 3.圆锥滚子轴承，能同时承受较大的径向和轴向载荷，α=10°-18°，成对使用，反向安装 外圈可拆卸，窄边对窄边，正装；宽边对宽边，反装
5.推力球轴承，只承受轴向载荷，且载荷作用线必须与轴线重合 6.深沟球轴承，主要承受径向载荷 7.角接触球轴承，α=15°，25°，40°，α越大，轴承承受轴向载荷能力增加，成对使用， 反向安装
1、轴向载荷：滚动体均匀受载 径向载荷：滚动体受载不均
二、滚动轴承的失效形式
1、疲劳点蚀 2、永久变形 3、胶合，磨损，套圈或保持架断裂 计算准则：
（1）n＞10r/min，防止疲劳点蚀的寿命计算 （2） n＜10r/min，静强度计算 三、滚动轴承的寿命计算
机械设计基础课件 第14章 轴承
（3）内径代号 —轴承内径的大小，用数字表示。
3.后置代号—用字母或字母加数字表示，说明轴承的内部结构、密封和 防尘圈形状、材料、公差等级等。
内部结构代号—同一类型轴承的不同内部结构 （如C、AC、 B分别表示公称接触角α=15°、25°、40°的角接触球轴 承 ）。
轴承功用：支承轴或轴上回转零件，并保持轴的旋转精度， 减少摩擦和磨损。
根据轴承工作时表面摩擦的性质不同分类：滑动轴承 和滚动轴承。
14.1 滚动轴承的结构、类型和代号 14.1.1滚动轴承的结构 滚动轴承的基本结构： 内圈1、外圈2、滚动体 3和保持架4。
滚动体：球和滚子两大类。 滚子的形状：圆柱滚子、圆锥滚子、针形滚子、球面滚子等。
（3）磨损 由于使用、维护不当或密封、润滑不良等原因，还可能引起轴承的
磨粒磨损。
滚动轴承的塑性变形
滚动轴承的磨损
3.滚动轴承的设计准则
（1）对于一般工作条件的滚动轴承，主要失效形式是疲 劳点蚀，主要进行寿命计算，并校核静强度； （2）对于不转动、间歇摆动或转速很低的轴承，其失效 形式是塑性变形，主要进行静强度计算； （3）对于高速轴承，除寿命计算外，还应校核极限转速 ，防止发生胶合。
轴承的内、外圈和滚动体，一般是用强度高、耐磨性好的轴 承钢制造，常用牌号有滚动轴承钢GCr9、GCr15、GCr15SiMn 等。保持架有冲压式和实体式两种形式。 滚动轴承特点：标准件。由专门的轴承工厂成批生产，成 本低，选用和更换都很方便。摩擦阻力小，启动灵活，效 率高，润滑与维护方便。能在较广泛的载荷、转速和工作 温度范围内工作。但滚动轴承承受冲击载荷的能力较差， 高速重载时噪声大，寿命较低，小批生产特殊滚动轴承时 成本较高，径向外廓尺寸较大。
机械设计基础课件：轴承 -
)
1
4.滾動軸承的當量動載荷
當量動載荷（P）：把實際作用的複合外載荷折算成與基本額 定動載荷條件相同的一假想載荷，即純徑向或純軸向載荷，並使 在該假想載荷作用下軸承的壽命與在實際的複合載荷作用下軸承 的壽命相同。
計算公式
P XFr YFa
X、Y—分別為徑向動載荷係數和軸向動載荷係數，其值見表14-9。
14.5.1 滑動軸承的類型
軸。 特點：一端軸承的內、外圈兩側均軸向固定，限制軸的左右兩個方
向的移動，是固定端。另一端軸承為遊動端，補償軸的熱伸長變形。
一端固定、一端遊動式支承
3. 兩端遊動式支承結構
兩端遊動式支承
14.4.2 滾動軸承內外圈的軸向固定
14.4.3 滾動軸承的調整
1. 軸承間隙的調整
調整墊片
可調壓蓋
2. 軸系軸向位置的調整 調整的目的：使軸上零件有準確的工
直徑系列—結構相同、內徑相同的軸承在外徑方面的變化系列。
（3）內徑代號 —軸承內徑的大小，用數字表示。
3.後置代號—用字母或字母加數字表示，說明軸承的內部結構、密封和 防塵圈形狀、材料、公差等級等。
內部結構代號—同一類型軸承的不同內部結構 （如C、AC、 B分別表示公稱接觸角α=15°、25°、40°的角接觸球軸 承 ）。
3.調心性能要求 4.拆裝要求 5.安裝尺寸要求 6.經濟性要求
調心球軸承調心特性
14.3 滾動軸承的尺寸選擇
14.3.1 滾動軸承的失效形式和設計準則
1. 向心軸承載荷的分佈 滾動軸承受純徑向載荷Fr作用，滾動體及內、外圈滾道上各點載
荷為交變載荷，引起的應力為脈動迴圈的接觸應力。
2.滾動軸承的失效形式 （1）疲勞點蝕
机械设计基础——4-2 轴承的选择和计算
15.0
7306 30 72 19 37 65 26.5
19.8
30206 30 62 16 36 53 43.2
50.5
32206 30 62 20 36 52 51.8
63.8
30306 30 72 19 37 62 46.8
48.0
极限转速 r/min
脂润滑 油润滑
9500
8500 9000 8000 9000 8500 6000 6000 6300
（2）载荷大小 承受较大载荷时，选用滚子轴承； 承受较轻载荷时，选用球轴承；
（3）载荷性质 载荷有冲击振动时，优先选用滚子轴承。 2.转速条件 球轴承的极限转速比滚子轴承高，当转速较高且旋转精度要 求较高时，应选用球轴承。 工作转速较高，轴向载荷不大时，选用角接触轴承或深沟球 轴承； 高速回转的轴承，选用外径和滚动体直径较小的轴承。 工作转速超过轴承的极限转速，可通过提高轴承的公差等级、 适当加大径向游隙来满足。
2.当量动载荷
滚动轴承尺寸的选择4
轴承的基本额定动载荷Ｃ是在一定的运转条件下确定的，向
心轴承仅承受纯径向载荷Ｆr，推力轴承仅承受纯轴向载荷Ｆa， 当轴承受到径向载荷Ｆr和轴向载荷Ｆa的复合作用时，在进行轴
承寿命计算时，应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承
C 值的载荷条件相一致当量动载荷，用字母 P 表示。
0组不标注。 轴承代号的含义
30210表示圆锥滚子轴承，宽度系列代号为0，直径系列代
号为2，内径为50mm，公差等级为0级，游隙为0组。
7212C／P4表示角接触球轴承，宽度系列代号为0，直径系
列代号为2， 内径为60mm，接触角 150，公差等级为4级，
游隙为0组。
《机械设计基础》 课件 第12章轴承
3、校核轴承的工作能力
轴承工作能力计算主要包括:
(1)验算轴承的平均压强p
(2)验算轴承的pv值
4、确定轴承与轴颈之间的间隙
例12-1
返回本节
表12-1 常用轴承材料的性能及应用
机械设计基础
返回
验算轴承的平均压强p
机械设计基础
为了防止轴承产生过度磨损，应限制轴承的平均压强，即：
p F p
bd
由径向滑动轴承的结构知，轴瓦是轴承与轴颈直接接触的零件， 有整体式与剖分式，如图所示，分别用于整体式轴承与剖分式轴承。
二、推力滑动轴承的结构
工作时承受轴向载荷的滑动轴承称为止推滑动轴承，其结构如图。
三、轴承的材料
轴承材料是指与轴颈直接接触的轴瓦或轴承衬的材料。由滑动轴 承的失效形式可知，轴承材料应具有的性能。
返回本节
调心式
机械设计基础
调心式滑动轴承利用轴瓦与轴承座间的球面配合使轴瓦可在一定 角度范围内摆动，以适应轴受力后产生的弯曲变形，从而避免轴与 轴承两端的局部接触和局部磨损。但球面不易加工，故只用于轴承 的宽径比b/d>1.5～1.75的轴承。
返回本节
轴瓦
机械设计基础
为了便于给轴承加注润滑油，在轴瓦上做出油孔与油沟，使摩擦表 面得到润滑。剖分式轴瓦常用的油沟形式如图所示。
本讲小结
一、轴承的分类、结构和材料（熟悉）
机械设计基础
二、滑动轴承的润滑（润滑剂与润滑装置）（熟练掌握）
三、非液体摩擦滑动轴承的设计计算（熟练掌握）
四、液体摩擦滑动轴承的工作原理（了解）
第一节 概述
根据工作时的摩擦性质，可把轴承分为 滑动摩擦轴承(简称滑动轴承)
滚动摩擦轴承(简称滚动轴承）
《机械设计基础》全套PPT课件(完整版)
机械设计基础全套PPT课件（完整版）简介《机械设计基础》是一门介绍机械设计基本理论和方法的课程。
本套PPT课件是全套课程的完整版，旨在帮助学生全面了解机械设计的基础知识和技术，培养学生的机械设计能力。
课件目录1.机械设计基础概述–机械设计概述–机械设计的重要性–机械设计的基本流程2.材料与力学基础–材料工程概述–材料的力学性能–弹性力学基础–塑性力学基础3.物体的几何参数–几何图形的表示方法–构建三维几何模型–几何参数的计算与分析4.连接零件的设计–轴的设计–轴承的选择与设计–轴承的寿命计算5.传动装置的设计–齿轮传动–带传动–传动装置的计算与优化6.结构件的设计–结构件的设计原则–加工工艺与工装设计–结构件的计算与优化7.机械设计的检查与验证–设计的检查原则–设计验证的方法–机械设计的可靠性分析8.机械设计的案例分析–常见机械设计案例分析–机械设计的创新与应用学习建议1.注重课堂笔记的整理，重点记录课程重要概念和公式。
2.完成课后习题和实践任务，巩固所学知识。
3.多查阅相关参考书籍和资料，拓宽机械设计的知识面。
4.参加实验室和工程实习，锻炼机械设计实际操作能力。
5.加强与同学的讨论和交流，共同学习、提高。
结语《机械设计基础》全套PPT课件是学习这门课程的重要辅助资料，帮助学生快速全面掌握机械设计的基础理论和方法。
通过学习本课程，学生能够了解机械设计的基本原理，掌握机械设计的基本流程和方法，并在实际应用中能够独立进行机械设计与分析。
希望本套课件对学生的机械设计学习有所帮助，祝愿大家学习顺利！。
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滚动轴承游隙
夯实理论
（3）偏位角
安装误差或轴的变形等都
会引起内、外圈轴线相对倾斜
所夹锐角。
偏位角影响轴承的调心性
能。 （4）极限转速
滚动轴承偏位角
滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速。
转速过高会产生高温，润滑失效，导致滚动体退火或胶合
而破坏。
夯实理论
轴承代号
基本尺寸/mm d DB
深沟球轴承外形尺寸
15.0
7306 30 72 19 37 65 26.5
19.8
30206 30 62 16 36 53 43.2
50.5
32206 30 62 20 36 52 51.8
63.8
30306 30 72 19 37 62 46.8
48.0
极限转速 r/min
脂润滑 油润滑
9500
8500 9000 8000 9000 8500 6000 6000 6300
安装尺寸/mm
da
Da
基本额定 动载荷Cr
kN
基本额定 静载荷C0r
kN
6206 30 62 16 36 56 19.5
11.5
6207 35 72 17 42 65 25.5
15.2
6306 30 72 19 37 65 27.0
15.2
6307 35 80 21 44 71 33.2
19.2
7206 30 62 16 36 56 23.0
夯实理论
重系列6400 中系列6300 轻系列6200 特轻系列6100
直径系列对 比图
30206
32206
宽度系列对 比图
33206
夯实理论
深沟球轴承外形尺寸
轴承代号
基本尺寸/mm d DB
安装尺寸/mm
da
Da
基本额定 动载荷Cr
kN
6206 30 62 16 36 56 19.5
6207 35 72 17 42 65 25.5 6306 30 72 19 37 65 27.0 6307 35 80 21 44 71 33.2 7206 30 62 16 36 56 23.0 7306 30 72 19 37 65 26.5 30206 30 62 16 36 53 43.2 32206 30 62 20 36 52 51.8 30306 30 72 19 37 62 46.8
基本额定 静载荷C0r
（1）内径代号 轴承内孔直径用两位数字表示。
内径代号
00
轴承内径
10
轴承内径代号
01
02
03
12
15
17
（2）直径系列代号
结构、内径相同的轴承配有不同的外径和宽度。 （3）宽度系列代号 结构、内径和外径相同的轴承配有不同的宽度。
04～99 数字×5
一般正常宽度为“0”，通常不标注。圆锥滚子轴承(3类)和 调心滚子轴承(2类)不能省略。
多列轴 承
夯实理论
(3)按工作时能否调心分为调心轴承和非调心轴承。 调心轴承允许的偏位角大。
调心轴承
夯实理论
(2) 按承受载荷方向分为向心轴承和推力轴承。
n
nα
α n
α
n
n
n
00
径向接触轴承
n
n
0 0＜≤ 450
角接触向心轴承
45＜0 ＜ 900
角接触推力轴承
900
轴向接触轴承
承受径向载荷， 同时承受径向载 承受轴向载荷,
13000
11000 12000 10000 13000 12000 7500 7500 8000
夯实理论
2.滚动轴承的类型 (1)按滚动体的形状分为球轴承和滚子轴承。 常见的滚动体有球形、圆柱形、圆锥形、鼓形、滚针形。
滚动体的形状
夯实理论
(2)按滚动体的列数分为单列、双列和多列。
单列轴 承
双列轴 承
机械设计基础 (第四版)
机械设计基础 (第四版)
项目四
带式输送机支承件的设计
任务二 轴承的选择和计算
工程实例
电动机 V带传动
一级齿轮减速器析
带式输送机的轴承是用来支承轴或轴上齿轮、联轴器等回 转零件的部件，以保证轴的旋转精度，减少轴与支承面间的摩 擦和磨损。选择合适的轴承型号，满足带式输送机的工作要求。
任务目标
（1）了解各类型滚动轴承的特点及使用条件。 （2）掌握滚动轴承的主要类型、性能与特点。 （3）掌握滚动轴承代号的构成和基本代号的含义。 （4）掌握滚动轴承寿命计算的理论和计算方法。 （5）能合理地设计出轴承组合。 （6）了解滑动轴承的类型、结构特点及轴瓦材料。
夯实理论
滚动轴承作用
作用 支承轴或轴上回转零件的部件。
只能承受轴
较小的轴向载荷。 荷和轴向载荷。 较小的径向载荷。 向载荷。
夯实理论
（三）滚动轴承的代号 用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，刻在轴承套圈的端 面上
滚动轴承代号位置
夯实理论
前置代号
基本代号
后置代号
五四三二一内密保特公游多其
轴 承 的 分 部 件 代 号
尺寸系
列代号 类宽直 型度径 代系系 号列列
滚动轴承的结构
夯实理论
滚动轴承的安装位置
夯实理论
滚动轴承的材料 内圈、外圈和滚动体 具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。 常用材料有GCr9 、GCr15、Cr15SiMn等。 保持架 多用低碳钢板通过冲压成形方法制造。 采用铜合金或塑料等材料。
夯实理论
（二）滚动轴承的基本特性和类型 1.滚动轴承的基本特性
代代
号号
内 径 代 号
部封持殊差隙轴它
结与架轴等代承代
构防及承级号配号
代尘其材代
置
号结材料号
代
构料代
号
代代号
号号
前置代号——表示成套轴承部件特点的补充代号。 基本代号——表示轴承的类型、结构和尺寸。 后置代号——表示轴承的内部结构、公差及材料的特殊要求。
夯实理论
1.基本代号
由轴承类型代号、尺寸系列代号、内径代号构成。
夯实理论
根据摩擦性质分类
滑动轴承 如高速、重载、冲击较大及需要剖分结构等。
滚动轴承 摩擦系数小，起动阻力小，且已标准化。
根据承受载荷的方向分类
向心轴承
承受径向载荷
推力轴承
承受轴向载荷
向心推力轴承 同时承受径向和轴向载荷
夯实理论
滚动轴承生产厂
夯实理论
滚动轴承 滑动轴承
夯实理论
（一）滚动轴承的结构 组成 内圈、外圈、滚动体和保持架。
（1）接触角
滚动轴承中滚动体与外 圈接触处的法线和垂直于轴 承轴心线的平面的夹角。
越大，轴承承受轴向
载荷的能力越大。
滚动轴承接触角
夯实理论
n
n
00
nα
α
n
n
0 0＜≤ 450
900
夯实理论
（2）游隙 内、外滚道与滚动体之
间的最大间隙。分为轴向游 隙和径向游隙。
游隙可影响轴承的运动 精度、寿命、噪声、承载能 力等。