零件設計--軸承

  

一、基本定義與核心區別

1. 滑動軸承

• 定義：在滑動摩擦下工作的軸承，依靠軸頸與軸瓦之間的潤滑膜支撐旋轉，無滾動體。

• 結構：主要由軸頸、軸瓦、軸承襯組成，部分含油槽、油孔用于潤滑。

• 運動方式：滑動摩擦，依賴潤滑膜減少磨損。

2. 滾動軸承

• 定義：通過滾動體（球、滾子等）將滑動摩擦轉化為滾動摩擦的軸承。

• 結構：由內圈、外圈、滾動體、保持架組成，標準化程度高。

• 運動方式：滾動摩擦，接觸點少，摩擦阻力低。

二、關鍵性能對比

三、分類與典型應用

1. 滑動軸承

• 分類：

• 徑向滑動軸承（整體式、剖分式、調心式）

• 止推滑動軸承（實心、空心、單環、多環）

• 特殊類型：氣體軸承（空氣、氮氣）、超臨界二氧化碳軸承（用于高效能源設備）。

• 應用：

• 汽輪機、發電機、軋鋼機、航空發動機、精密機床、醫療器械。

• 氣體軸承用于高速微型動力、陀螺儀；超臨界二氧化碳軸承用于新能源裝備。

2. 滾動軸承

• 分類：

• 球軸承（深溝球、角接觸、調心球）

• 滾子軸承（圓柱滾子、圓錐滾子、調心滾子）

• 推力軸承（單向、雙向）。

• 應用：

• 電機、汽車變速箱、傳送帶、精密儀器、家用電器。

• 圓錐滾子軸承用于汽車差速器；調心滾子軸承用于振動機械。

四、材料與潤滑

1. 滑動軸承材料

• 金屬：軸承合金（巴氏合金）、銅合金、鋁基合金。

• 多孔質金屬：含油軸承（鐵基、銅基）。

• 非金屬：塑料、橡膠、碳-石墨（自潤滑）。

2. 滾動軸承材料

• 軸承鋼（如GCr15）：高強度、耐磨損。

• 陶瓷（氮化硅）：輕量化、耐高溫、耐腐蝕（用于高速或特殊環境）。

3. 潤滑方式

• 滑動軸承：

• 液體潤滑（油、水、氣體）、脂潤滑、固體潤滑（二硫化鉬）。

• 靜壓軸承需外部供油，動壓軸承依賴旋轉形成油膜。

• 滾動軸承：

• 脂潤滑（免維護）、油潤滑（循環或飛濺）。

• 高速時需低粘度油或油霧潤滑。

五、失效形式與維護

1. 滑動軸承失效

• 磨損、膠合、疲勞剝落、腐蝕。

• 預防：定期檢查油質、控制溫升、避免過載。

2. 滾動軸承失效

• 疲勞點蝕、塑性變形、磨粒磨損、銹蝕。

• 預防：選用合適游隙、避免沖擊、保持清潔。

六、選型實例與公差選擇

1.滑動軸承選型實例

• 實例1：汽輪機主軸承（液體動壓滑動軸承）

• 工況：高速（10,000rpm）、重載（5MN徑向載荷）、長期連續運行。

• 選型：剖分式結構，材料錫基巴氏合金（ZSnSb11Cu6），寬徑比B/d=0.8。

• 潤滑：壓力循環供油，ISOVG46透平油。

• 實例2：內燃機曲軸軸承（液體靜壓滑動軸承）

• 工況：啟停頻繁、沖擊載荷、高溫（150℃）。

• 選型：整體式靜壓軸承，材料銅鉛合金（CuPb24Sn4），設計壓力8MPa。

• 特點：油膜剛度高，適應沖擊載荷。

2.滾動軸承選型實例

• 實例1：電機支撐軸承（深溝球軸承）

• 工況：轉速3000rpm，徑向載荷2kN，無軸向載荷。

• 選型：6208-2RS（內徑40mm，C3游隙，P0精度）。

• 壽命計算：L??≈120,000小時（按ISO281標準）。

• 實例2：汽車輪轂軸承（圓錐滾子軸承）

• 工況：轉速≤1,500rpm，徑向載荷8kN，軸向載荷2kN。

• 選型：30207（成對安裝，預緊設計）。

• 壽命驗證：L??≈25,000小時（滿足汽車設計壽命）。

3.公差選擇原則（GB/T 275-2017）

• 滑動軸承配合：

• 輕載低速：H8/f7（間隙配合）。

• 重載高速：H7/p6（過渡配合）。

• 滾動軸承配合：

• 軸公差帶：輕負荷（h6）、正常負荷（k6）、重負荷（n6）。

• 外殼孔公差帶：固定外圈（H7）、旋轉外圈（G7）。

• 游隙選擇：

• 高溫選C3-C5組，精密機床選C2組。

七、游隙選擇詳解

1.游隙的定義與分類

• 滑動軸承游隙：軸頸與軸瓦的徑向/軸向間隙，影響油膜形成。

• 滾動軸承游隙：

• 原始游隙（C0）：出廠游隙。

• 安裝游隙：裝配后因過盈配合減小的游隙。

• 工作游隙：運行中溫度、載荷變化后的實際游隙。

2.游隙選擇的核心影響因素

3.滑動軸承游隙選擇

• 理論計算：δopt=√(6ηvB/p)(液體動壓軸承)

• η：潤滑劑動力粘度

• v：軸頸線速度

• B：軸承寬度

• p：單位面積載荷

• 典型游隙范圍（mm）：

  軸徑	輕載（P≤0.07C）	重載（P>0.15C）
  φ50	0.03-0.05	0.05-0.08
  φ100	0.05-0.08	0.08-0.12

4.滾動軸承游隙選擇（GB/T 4604-2012）

• 游隙組別：

• 基本組（C0）：通用場景。

• 輔助組：C1/C2（小游隙）、C3/C4/C5（大游隙）。

• 選擇原則：

• 溫度補償：溫升每升高50℃，游隙需增大0.01mm。

• 過盈配合修正：ΔCfit=d×Δd(內圈過盈)

• d：軸承內徑

• Δd：軸過盈量

• 典型應用：

  工況	游隙組	軸承類型	案例
  高溫電機（120℃）	C3	深溝球軸承6208	游隙增大0.02mm
  精密絲杠	C2	角接觸球軸承7010C	預緊后游隙接近零
  振動篩（沖擊載荷）	C4	調心滾子軸承22216	補償安裝誤差

5.游隙與公差配合的關系

• 滑動軸承：

• 間隙配合（H8/f7）：游隙0.02-0.06mm（φ50軸）。

• 過渡配合（H7/p6）：游隙-0.01-+0.02mm（重載）。

• 滾動軸承：

• 軸公差帶（k6）：游隙減少0.01-0.02mm。

• 外殼孔公差帶（G7）：游隙增大0.01-0.04mm。

八、游隙選擇實例

1. 滑動軸承案例

• 工況：柴油機曲軸，軸徑φ80mm，轉速1,500rpm，載荷10MPa。

• 計算：δopt=√(6×0.02×6.28×0.08×0.08/10)≈0.07mm

• 選擇：設計游隙0.07mm，采用H7/p6配合（實際游隙0.05-0.09mm）。

2. 滾動軸承案例

• 工況：風機軸承6308，內徑40mm，過盈配合（軸k6），溫升80℃。

• 計算：

• 原始游隙C0=0.013-0.028mm（查表）。

• 過盈量Δd=+0.018mm→游隙減少ΔC=0.018×40/2=0.36mm（實際游隙0.013-0.028-0.018=-0.005mm，需選C3組預補償）。

九、標準與參考資料

• 滑動軸承：GB/T 2889.1-2008《滑動軸承術語》。

• 滾動軸承：

• GB/T 4604-2012《滾動軸承徑向游隙》

• ISO 5753-1《滾動軸承徑向內部游隙》

游隙選擇是軸承設計的關鍵環節，需綜合考慮工況、材料、潤滑及安裝條件。滑動軸承依賴油膜厚度計算，滾動軸承需結合游隙組別與公差配合，確保在工作狀態下達到最優性能。