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第19章軸承 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 1 概述 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 箱體齒輪軸軸承軸承孔 軸承 支持軸或軸上轉(zhuǎn)動零件的部件作用 支持軸及軸上零件 保持軸的旋轉(zhuǎn)精度減少轉(zhuǎn)軸與支持面間的摩擦磨損分類 按承載方向分 向心軸承 推力軸承按摩擦性質(zhì)分 滑動軸承 滾動軸承 2 滑動軸承 19 1滑動軸承概述19 2滑動軸承的結(jié)構(gòu)19 3滑動軸承的材料19 4潤滑劑和潤滑裝置19 5非全液體摩擦滑動軸承的計(jì)算 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 基本要求 了解滑動軸承的特點(diǎn) 應(yīng)用場合了解滑動軸承的典型結(jié)構(gòu) 軸瓦材料及其選用原則了解常用潤滑劑及潤滑裝置掌握不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方法 3 19 1滑動軸承概述 主要特點(diǎn) 工作平穩(wěn) 無噪聲 液體潤滑時摩擦損失小應(yīng)用情況 工作轉(zhuǎn)速特高的軸承 要求對軸的支承位置特別精確的軸承 特重型軸承 大沖擊和振動載荷的軸承 剖分式軸承 徑向尺寸小的軸承 特殊工況下滑動軸承中的摩擦按潤滑油存在方式分 干摩擦 邊界摩擦 液體摩擦 混合摩擦 非液體摩擦 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 4 19 2滑動軸承的結(jié)構(gòu) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 向心滑動軸承推力滑動軸承 滑動軸承組成 軸承體 軸瓦及軸承襯 潤滑與密封裝置滑動軸承分類 向心滑動軸承 整體式 剖分式 自動調(diào)心式推力滑動軸承 5 一 向心滑動軸承 組成 軸承座 軸套或軸瓦 聯(lián)接螺栓等 19 2滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式 整體式向心滑動軸承 剖分式向心滑動軸承 螺紋孔 軸承座 軸承 軸承座 軸承蓋 聯(lián)接螺栓 剖分軸瓦 6 薄壁軸瓦 軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進(jìn)油口和油溝 以利于潤滑油均勻分布在整個軸徑上 進(jìn)油孔 油溝 厚壁軸瓦 整體軸套 卷制軸套 7 軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直 載荷傾斜時結(jié)構(gòu)如圖 大型液體滑動軸承常設(shè)計(jì)成兩邊供油的形式 既有利于形成動壓油膜 又起冷卻作用 油溝形式 寬徑比B d 軸瓦寬度與軸徑直徑之比 重要參數(shù) 液體潤滑摩擦的滑動軸承 B d 0 5 1 非液體潤滑摩擦的滑動軸承 B d 0 8 1 5 8 整體式向心滑動軸承 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 軸承座整體軸套油孔螺紋孔 結(jié)構(gòu) 軸承座 軸套 整體 軸承座設(shè)有安裝潤滑油杯的螺紋孔軸套上開有油孔 內(nèi)表面開有油槽特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 成本低但裝拆不便 無法調(diào)整應(yīng)用 低速 輕載或間歇性工作的機(jī)器 9 剖分式向心滑動軸承 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 軸承座軸承蓋雙頭螺柱油孔油槽剖分式軸瓦 結(jié)構(gòu) 軸承座 軸承蓋 剖分式軸瓦 螺柱特點(diǎn) 剖分面作成階梯狀 且垂直載荷方向正剖 斜剖 裝拆方便 常在軸瓦表面粘附軸承襯磨損后可調(diào)整間隙 結(jié)構(gòu)復(fù)雜應(yīng)用 常用 10 自動調(diào)心式向心滑動軸承 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 應(yīng)用 用于支承撓度較大或多支點(diǎn)的長軸 結(jié)構(gòu) 軸瓦瓦背制成凸球面其支承面制成凹球面特點(diǎn) 軸瓦能擺動 適應(yīng)軸的變形 11 推力滑動軸承 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 分類 空心式 單環(huán)式 多環(huán)式 軸上的軸向力應(yīng)采用推力軸承來承受止推面 軸端面 軸中段做凸肩或裝上推力圓盤 12 19 3滑動軸承的材料 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 軸瓦或軸承襯 軸頸應(yīng)比軸瓦耐磨對材料性能的要求 良好的減摩性 耐磨性和抗咬粘性良好的摩擦順應(yīng)性 嵌入性和磨合性足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力良好的導(dǎo)熱性 工藝性和經(jīng)濟(jì)性等常用材料 金屬 青銅 軸承合金 粉末冶金 灰鑄鐵等非金屬 工程塑料 硬木 橡膠 聚四氟乙烯 軸承蓋 軸承座 灰鑄鐵 鑄鋼軸頸 鋼 軸承襯 13 常用材料性能比較 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 14 19 4潤滑劑和潤滑裝置 一 潤滑劑二 潤滑裝置 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 15 一 潤滑劑 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 潤滑油 液體 用途最廣泛潤滑脂 半固體 潤滑油 稠化劑 一般用于中低速固體潤滑劑 主要用作油 脂的添加劑 也可單獨(dú)使用 如C MoS2 PTFE 聚四氟乙烯 等 作用 減少摩擦損失 減輕工作表面的磨損 冷卻 吸振等常用潤滑劑 潤滑油 潤滑脂 固體潤滑劑 16 19 4潤滑劑和潤滑裝置 固體潤滑劑 1 潤滑油 在用的大部分潤滑油為礦物油 石油 粘度 重要參數(shù) 在軸承中 潤滑油最重要的物理參數(shù)是粘度 它是選擇潤滑油的主要依據(jù) 粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦特性 A B兩板之間充滿了液體 B板靜止 A板水平移動速度為v 由于液體與金屬表面的吸附作用 A板表面的液體速度為v 而B板表面的液體速度為0 兩板之間的速度呈線性分布 液體層與層之間摩擦切應(yīng)力 牛頓液體流動定律 液體的動力粘度 簡稱粘度 量綱 力 時間 長度2 單位 N s m2 Pa s 或泊 1P 1dyn s cm2 運(yùn)動粘度 單位 m2 s 或斯St cm2 s 或厘斯cSt 1St 100cSt 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 分析位置y處薄層的受力 我國石油產(chǎn)品是用運(yùn)動粘度標(biāo)定的 17 潤滑油的性能指標(biāo)及選擇 性能指標(biāo) 粘度 液體流動時 每薄層相互間的阻抗剪力 它是液體流動時內(nèi)部摩擦阻力的度量是最重要的性能指標(biāo) 也是選擇潤滑油的主要依據(jù)油性 也稱潤滑性 表征油中的極性分子對金屬表面的吸附性能 油性好則摩擦系數(shù)小凝點(diǎn) 反映潤滑油的低溫工作性能閃點(diǎn) 反映潤滑油的高溫工作性能 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 潤滑油的選擇原則 壓力大或在沖擊 變載條件下工作 應(yīng)選粘度高的油速度高時 應(yīng)選粘度低的油 以減少摩擦損失工作溫度高時 應(yīng)選粘度高的油 因粘度會隨溫度升高而下降 18 潤滑脂的性能指標(biāo)及選擇 性能指標(biāo) 針入度 稠度 表征潤滑脂的稀稠度 類似于油的粘度用一特制重1 5N錐形針在25 C恒溫下5s內(nèi)刺入潤滑脂內(nèi)的深度 標(biāo)志潤滑脂內(nèi)阻力的大小和受力后流動性的強(qiáng)弱滴點(diǎn) 溫度升高時 潤滑脂第一滴掉下時的溫度 表征潤滑脂耐高溫的性能耐水性 潤滑脂與水接觸時 其特性的保持程度 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 潤滑脂的選擇原則 壓力大 速度低 小針入度 反之選針入度大的潤滑脂的滴點(diǎn)應(yīng)高于軸承工作溫度20 30 以免流失在有水或潮濕場合 應(yīng)選防水性的潤滑脂 19 20 二 潤滑裝置 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 潤滑油潤滑裝置 油孔 芯捻或線紗油杯 針閥滴油杯 油杯 飛濺潤滑 壓力潤滑潤滑脂潤滑裝置 旋轉(zhuǎn)油杯 壓注油嘴 油槽結(jié)構(gòu) 21 潤滑油潤滑裝置 油孔芯捻或線紗油杯針閥滴油杯油環(huán) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 飛濺潤滑壓力潤滑 22 19 5非全液體摩擦滑動軸承的計(jì)算 工作條件 邊界膜不破壞 粗糙表面內(nèi)有流體潤滑存在失效形式 磨損 導(dǎo)致軸承配合間隙加大 影響軸的旋轉(zhuǎn)精度 甚至使軸承不能正常工作膠合 高速重載且潤滑不良時 摩擦加劇 發(fā)熱多 使軸承上較軟的金屬粘焊在軸頸表面而出現(xiàn)膠合設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 維持邊界膜不遭破壞主要進(jìn)行壓強(qiáng)p 壓強(qiáng)與速度乘積pv的驗(yàn)算 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 一 向心軸承的計(jì)算二 推力軸承的計(jì)算三 設(shè)計(jì)步驟 23 一 向心軸承的計(jì)算 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 2壓強(qiáng)和速度乘積pv的驗(yàn)算限制溫升防止油膜破裂 防止膠合破壞 1壓強(qiáng)p驗(yàn)算限制壓力防止油膜破裂 防止軸瓦過度磨損 許用壓強(qiáng)p查表19 1 許用pv值查表19 1 24 二 推力軸承的計(jì)算 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 2壓強(qiáng)和速度乘積pv的驗(yàn)算限制溫升防止油膜破裂 防止膠合破壞 1壓強(qiáng)p驗(yàn)算限制壓力防止油膜破裂 防止軸瓦過度磨損 許用壓強(qiáng)p查表19 4 許用pv值查表19 4 平均速度 25 三 設(shè)計(jì)步驟 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 選擇軸瓦材料 確定軸承結(jié)構(gòu)形式 確定軸承寬度b和直徑d 驗(yàn)算p pv 選擇軸承的配合 選擇潤滑劑與潤滑裝置 26 一 動壓潤滑的形成和原理和條件 19 6動壓潤滑的基本原理 先分析平行板的情況 板B靜止 板A以速度向左運(yùn)動 板間充滿潤滑油 無載荷時 液體各層的速度呈三角形分布 近油量與處油量相等 板A不會下沉 但若板A有載荷時 油向兩邊擠出 板A逐漸下沉 直到與B板接觸 兩平形板之間不能形成壓力油膜 如兩板不平行板 板間間隙呈沿運(yùn)動方向由大到小呈收斂楔形分布 且板A有載荷 當(dāng)板A運(yùn)動時 兩端速度若程虛線分布 則必然進(jìn)油多而出油少 由于液體實(shí)際上是不可壓縮的 必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力 迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹 而出油端的速度往外鼓 進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹 出油端間隙小而速度曲線外凸 進(jìn)出油量相等 同時間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡 板A不會下沉 這說明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜 這種因運(yùn)動而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動壓油膜 各截面的速度圖不一樣 從凹三角形過渡到凸三角形 中間必有一個位置呈三角形分布 動壓油膜 因運(yùn)動而產(chǎn)生的壓力油膜 27 形成動壓油膜的必要條件 1 兩工件之間的間隙必須有楔形間隙 2 兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體 3 兩工件表面必須有相對滑動速度 其運(yùn)動芳方向必須保證潤滑油從大截面流進(jìn) 從小截面出來 Fy F Fx 0 Fy F Fx 0 向心軸承動壓油膜的形成過程 靜止 爬升 將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速 e 偏心距 28 滾動軸承 19 6滾動軸承概述19 7滾動軸承的結(jié)構(gòu)和類型19 8滾動軸承的代號19 9滾動軸承的失效形式及選擇計(jì)算19 10滾動軸承的組合設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 基本要求 熟悉滾動軸承的代號 正確地選擇滾動軸承的類型掌握滾動軸承的壽命計(jì)算正確進(jìn)行滾動軸承組合設(shè)計(jì)難點(diǎn) 向心推力軸承 指角接觸球軸承與圓錐滾子軸承 的受力分析 29 第20章滾動軸承概述 滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件 由專業(yè)軸承廠集中生產(chǎn) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 特點(diǎn) 摩擦阻力小 功率損耗少 起動靈敏 f 0 05 h 0 98 0 995可同時承受徑向和軸向載荷 簡化了支承結(jié)構(gòu)徑向間隙小 還可用預(yù)緊方法消除間隙 因此回轉(zhuǎn)精度高互換性好 易于維護(hù) 潤滑簡便 價格低抗沖擊能力差 高速時出現(xiàn)噪音壽命也比不上液體潤滑的滑動軸承徑向尺寸大 30 20 1滾動軸承的結(jié)構(gòu)和類型 一 結(jié)構(gòu)二 材料三 分類四 類型及特點(diǎn) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 31 一 結(jié)構(gòu) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 組成 內(nèi)圈 外圈 滾動體 保持架 外圈 內(nèi)圈 滾動體 保持架 32 二 材料 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 保持架 避免滾動體直接接觸 減少發(fā)熱和磨損材料 低碳鋼 銅 鋁 工程塑料 內(nèi)圈 外圈 滾動體 高硬度 高接觸疲勞強(qiáng)度 良好耐磨性和沖擊韌性材料 含鉻軸承鋼 硬度60 65HRC 33 三 分類 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 1按滾動體形狀分2按受載方向分 34 1按滾動體形狀分 按滾動體形狀分 球軸承 滾子軸承 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 又可細(xì)分為 球軸承 圓柱滾子軸承 滾針軸承 圓錐滾子軸承 球面滾子軸承 35 2按受載方向分 按受載方向和公稱接觸角分 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 滾動體與套圈接觸處的法線與軸承的徑向平面之間的夾角 向心軸承 a 0 向心推力軸承 0 a 90 向心角接觸軸承 0 a 45 推力角接觸軸承 45 a 90 推力軸承 a 90 注意 在徑向載荷作用下產(chǎn)生內(nèi)部軸向力Fd 其方向是使內(nèi)外圈分離 所以要成對使用內(nèi)部軸向力Fd的大小與a有關(guān) 36 四 類型及特點(diǎn) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 1向心軸承 a 0 2調(diào)心軸承 a 0 3向心推力軸承 0 a 90 4推力軸承 a 90 5選擇原則 37 1向心軸承 a 0 深溝球軸承 6類 nlim最高 價廉 優(yōu)先采用受力類型 Fr 不大的Fa 雙向 圓柱滾子軸承 N類 承載力較大受力類型 很大的Fr 不能承受軸向力Fa 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 滾針軸承 NA類 內(nèi)外圈可分離 徑向尺寸小受力類型 很大的Fr 不能承受軸向力Fa 38 2調(diào)心軸承 a 0 調(diào)心球軸承 1類 調(diào)心性能最好受力類型 Fr 不大的Fa 雙向 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 調(diào)心滾子軸承 2 3 類 調(diào)心性能好 承載力較大受力類型 Fr 不大的Fa 雙向 39 3向心推力軸承 0 a 90 角接觸球軸承 類 a 15 25 40 受力類型 Fr 單向Fa 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 圓錐滾子軸承 3類受力類型 Fr 單向Fa 40 4推力軸承 a 90 推力球軸承 5類受力類型 只承受軸向 Fa 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 單列 承受單向軸向力雙列 承受雙向軸向力 41 5滾動軸承類型的選擇原則 根據(jù)載荷大小 性質(zhì) 軸承的轉(zhuǎn)速 調(diào)心性能 安裝和拆卸 價格等確定軸承類型其中 載荷 包括大小和方向 轉(zhuǎn)速的大小一般是最主要的 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 一般而言 高速 平穩(wěn)低載 60000 深溝球軸承 載荷較大 沖擊 滾子軸承徑 軸向載荷較大 較低轉(zhuǎn)速 30000 圓錐滾子 較高轉(zhuǎn)速 70000角接觸球軸承軸向載荷 徑向載荷 推力 向心組合 42 滾動軸承的代號 滾動軸承為標(biāo)準(zhǔn)件 GB T272 1993 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 舊標(biāo)準(zhǔn)代號舉例 前置代號 基本代號 后置代號 尺寸系列代號 分部件代號 類型代號 內(nèi)徑代號 直徑系列代號 寬度系列代號 內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號 密封與防塵代號 公差等級代號 字母 21 3 4 5 字母 數(shù)字 43 1內(nèi)徑尺寸代號2尺寸系列代號3類型代號 基本代號 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 表示軸承的基本類型 結(jié)構(gòu)和尺寸 是軸承代號的的基礎(chǔ)表明軸承的內(nèi)徑 直徑系列 寬度系列 類型 44 1內(nèi)徑尺寸代號 右起第1 2位數(shù)字內(nèi)徑d 即軸的直徑 00 10mm01 12mm02 15mm03 17mm04 96 數(shù)字x5mm 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 對于內(nèi)徑 500mm 以及22mm 28mm 32mm的軸承 用公稱內(nèi)徑數(shù)值直接表示 但在與尺寸系列代號之間用 分開 45 2尺寸系列代號 直徑系列代號 寬度系列代號直徑系列代號 第三位數(shù)字指結(jié)構(gòu)相同 內(nèi)徑相同的軸承使用不同直徑的滾動體 在外徑和寬度方面的變化系列0 1 特輕2 輕3 中4 重 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 寬度系列代號 第四位數(shù)字 常與直徑系列代號同時使用表示同一內(nèi)徑和外徑的軸承可以有不同的寬度多數(shù)正常系列可不標(biāo) 0 1特輕 2輕 5輕寬 3中 6中寬 4重 46 3類型代號 第五位 從右到左數(shù) 用數(shù)字或字母表示代號為0 雙列角接觸球軸承 則省略 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 具體見p308表19 6 47 常用的幾類滾動軸承 一般無前置代號 前置代號 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 用字母表示表示成套軸承分部件 48 公差等級 精度 代號 0 6x 6 5 4 2六級精度 逐漸增高表示成 P0 P6x P6 P5 P4 P2內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號 如 C a 15 AC a 25 B a 40 軸承徑向游隙系列代號 C1 C2 C0 C3 C4 C5六組游隙 由小到大0組 C0 游隙常用 可省略 后置代號 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 用字母 數(shù)字 表示表示軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu) 密封與防塵 保持架及其材料 軸承材料及公差等級等 49 內(nèi)徑尺寸代號外徑系列代號類型代號結(jié)構(gòu)特點(diǎn)代號寬度系列代號精度代號 滾動軸承代號 舊標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 XXXXXXX 了解 50 7212C 舉例 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 6305 304 32 P0 7211C P5 深溝球軸承 直徑系列為3 中 寬度系列為0 不標(biāo) 內(nèi)徑d 25mm 0級精度 不標(biāo) 角接觸球軸承 直徑系列為2 輕 寬度系列為0 不標(biāo) 內(nèi)徑d 60mm a 15 內(nèi)徑d 32mm 圓錐滾子軸承 寬度系列為0 直徑系列為4 重 5級精度 接觸角15 直徑55mm 正常寬度 輕系列 角接觸球軸承 51 19 9滾動軸承的失效形式及選擇計(jì)算 一 失效形式二 軸承壽命計(jì)算三 軸承靜載荷計(jì)算 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 設(shè)計(jì)軸承的基本方法 由工作條件定軸承類型結(jié)構(gòu)定軸承直徑初選型號 C C0驗(yàn)算壽命 計(jì)算軸承載荷 查e X Y 計(jì)算P 計(jì)算Lh 分析軸承是否合格 52 一 失效形式 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 失效形式 疲勞點(diǎn)蝕 最主要的失效形式 滾動體表面 套圈滾道都可能發(fā)生點(diǎn)蝕過大塑性變形 低速軸承的主要失效形式 接觸應(yīng)力過大 載荷過大或沖擊載荷 元件表面出現(xiàn)較大塑性變形磨損 膠合 內(nèi)外圈和保持架破損等 使用維護(hù)不當(dāng)而引起的 屬于非正常失效 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 一般轉(zhuǎn)速的軸承 進(jìn)行壽命 額定動載荷 計(jì)算 防止疲勞點(diǎn)蝕破壞轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動的軸承 按靜強(qiáng)度 額定靜載荷 計(jì)算 防止塑性變形 53 二 軸承壽命計(jì)算 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 1基本概念2壽命計(jì)算3當(dāng)量動載荷P的計(jì)算4向心角接觸軸承軸向載荷Fa的計(jì)算5推力球軸承的當(dāng)量動載荷 針對失效形式 疲勞點(diǎn)蝕 54 1基本概念 壽命 軸承壽命 106r或h 軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前 所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)基本額定壽命 用L10表示一批相同的軸承 在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn) 其中90 的軸承不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 寓意 一批軸承中有90 的壽命將比其基本額定壽命長一個軸承在基本額定壽命期內(nèi)正常工作的概率有90 失效率為10 注意 額定壽命隨運(yùn)轉(zhuǎn)條件而變化比如 外載荷增大 額定壽命降低因此 基本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力 90 10 完好 55 基本額定動載荷 定義 規(guī)定軸承在基本額定壽命L10為106轉(zhuǎn)時 所能承受的最大載荷 用C表示即 在C的作用下 運(yùn)轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時 有10 的軸承出現(xiàn)點(diǎn)蝕 90 的軸承完好 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 對于具體軸承 C為定值 按手冊查取對向心軸承 0 a 45 C為純徑向載荷 Cr對推力軸承 45 a 90 C為純軸向載荷 Ca 額定動載荷越大 軸承的承載能力越大 56 2壽命計(jì)算 目的 根據(jù)工作條件和設(shè)計(jì)要求 選擇合適的軸承尺寸載荷與額定壽命的關(guān)系曲線 PeL10 常數(shù)式中 P為當(dāng)量動載荷L10為P作用下的額定壽命e為壽命指數(shù) 球軸承e 3 滾子軸承e 10 3 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 當(dāng)載荷為額定動載荷C時 小時數(shù)表示 或 已知軸承的C 計(jì)算額定壽命 根據(jù)預(yù)期壽命Lh 計(jì)算所需的C 預(yù)期壽命 所需額定動載荷 軸承的額定壽命 57 3當(dāng)量動載荷P的計(jì)算 對于向心軸承 C為徑向載荷Cr對于推力軸承 C為軸向載荷Ca但軸承可能同時承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa為了與C在相同的條件下進(jìn)行比較 引入當(dāng)量動載荷的概念當(dāng)量動載荷 一假想載荷 與C同類型 它對軸承的作用與實(shí)際載荷的作用等效 用P表示實(shí)際載荷的條件不同時 按確定基本額定動載荷的條件進(jìn)行換算后的載荷 即為純徑向力Pr 純軸向力Pa計(jì)算式 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 X 徑向載荷系數(shù)Y 軸向載荷系數(shù)見表19 7 實(shí)際工作條件下 需引入載荷系數(shù)fP 見表19 8 修正P 58 4向心角接觸軸承軸向載荷Fa的計(jì)算 Fr Fa 軸承的徑向 軸向力 注意區(qū)別與軸上載荷 對純徑向軸承 P fPFr對純軸向軸承 P fPFa徑向載荷Fr的計(jì)算見軸受力分析 即 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 Fa并不是外界的軸向作用力 而應(yīng)是軸承所受的軸向力 它應(yīng)根據(jù)整個軸上的軸向載荷 對于向心推力軸承還應(yīng)包括因徑向載荷Fr產(chǎn)生的派生軸向力FS 之間的平衡條件得出 而 59 派生軸向力FS 向心角接觸軸承 角接觸球軸承 圓錐滾子軸承 受純徑向載荷作用后 會產(chǎn)生派生軸向分力FS 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 派生軸向力FS大小見表19 9 O 角接觸球軸承 注意FS的方向 表19 9內(nèi)部軸向力FS 60 排列方法 為使S得到平衡 角接觸軸承一般成對使用正裝 面對面安裝軸承外圈的窄邊相對 即內(nèi)部軸向力指向相對正裝時跨距短 軸剛度大 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 反裝 背靠背安裝兩軸承外圈的寬邊相對即派生軸向力指向相背反裝時跨距長 軸剛度小 為簡化計(jì)算 可認(rèn)為支反力作用于軸承寬度的中點(diǎn) 61 角接觸軸承的軸向載荷Fa 當(dāng)外載既有徑向載荷又有軸向載荷時 角接觸軸承的軸向載荷Fa 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 要同時考慮軸向外載Fa和派生軸向力FS 62 軸承正裝時 圓錐滾子軸承的簡圖如下 將內(nèi)圈與軸視為一體 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 若FS1 Fa FS2軸向合力向右 軸有向右移動的趨勢 但外圈被固定 右軸承被壓緊 會產(chǎn)生反力FS2 使軸向力平衡 使得 右軸承被壓緊 軸向力 左軸承被放松 軸向力 63 軸承正裝時 圓錐滾子軸承的簡圖如下 將內(nèi)圈與軸視為一體 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 若FS1 Fa FS2軸向合力向右 軸有向左移動的趨勢 但外圈被固定 左軸承被壓緊 會產(chǎn)生反力FS1 使軸向力平衡 使得 左軸承被壓緊 軸向力 右軸承被放松 軸向力 64 結(jié)論 軸承反裝時 可得到與正裝同樣的結(jié)論結(jié)論總結(jié)如下 根據(jù)排列方式判明派生軸向力FS1 FS2的方向判明軸向合力指向及軸可能移動的方向 分析哪端軸承被 壓緊 哪端軸承被 放松 放松 端的軸向載荷等于自身的內(nèi)部軸向力 壓緊 端的軸向載荷等于除去自身派生軸向力后其它軸向力的代數(shù)和 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 對于能承受少量軸向力而a 0的向心軸承 如深溝球軸承 因?yàn)?a 0 FS1 0 FS2 0 所以 F合力 Fa 圖中 Fa1 0 Fa2 Fa 65 5推力球軸承的當(dāng)量動載荷 對推力球軸承 不能承受徑向力 只能承受軸向力 則 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 66 三 軸承靜載荷計(jì)算 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 失效形式 過大塑性變形對象 低速或受較大沖擊載荷作用的軸承目的 防止軸承元件發(fā)生塑性變形基本額定靜載荷C0 限制塑性變形的極限載荷值 由手冊查取對向心軸承為C0r 徑向基本額定靜載荷對推力軸承為C0a 軸向基本額定靜載荷徑向軸承或角接觸軸承的當(dāng)量靜載荷P0 實(shí)際選用 推力軸承的當(dāng)量靜載荷 靜強(qiáng)度校核公式 67 19 10滾動軸承的組合設(shè)計(jì) 組合設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括 固定 配合與裝拆 潤滑與密封組合設(shè)計(jì)合理與否將影響軸系的受力 運(yùn)轉(zhuǎn)精度 軸承壽命及機(jī)器性能 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 一 軸承的固定二 軸承的潤滑與密封三 軸承的配合與裝拆 68 一 軸承的固定 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 作用 實(shí)際上是對整個軸系起固定作用 使軸系應(yīng)有確定的位置 承受軸向力 防止軸向竄動 防止溫升后卡死 軸承游隙的調(diào)整 常用三種固定方法 1兩端固定2一端固定 一端游動3兩端游動 69 1兩端固定 這是最常見的固定方式兩端的軸承各限制一個方向的軸向移動適合于工作溫升不高的短軸 跨距L 400mm 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 考慮到軸的受熱伸長 應(yīng)留出熱補(bǔ)償間隙0 2 0 3mm 70 2一端固定 一端游動 適合于工作溫升高的長軸 跨距L 400mm 固定支點(diǎn)的軸承內(nèi)外圈左右均固定 承擔(dān)雙向軸向力游動支點(diǎn)的軸承只承受徑向力 不承受軸向力 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 當(dāng)軸受熱伸長時 游動支點(diǎn)隨軸一起向外移動 避免軸承受到附加載荷作用 防止軸承卡住 為什么 N 類軸承作游動支點(diǎn)時外圈亦需軸向固定 71 3兩端游動 一根軸上的兩個軸承都不進(jìn)行軸向固定主要用于人字齒輪傳動中的小齒輪軸 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 大齒輪軸進(jìn)行了兩端固定 小齒輪軸系 其軸向位置的約束靠人字齒的形鎖合來保證 72 二 軸承的潤滑與密封 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 1潤滑目的 減少摩擦磨損 冷卻 吸振 防銹方式 脂 浸油 滴油 噴油 油霧 浸油潤滑時 油面不高于最下方滾動體的中心 73 2密封 目的 防塵 防水 防止?jié)櫥瑒┝魇?機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 方式 1接觸式密封 氈圈 O形密封圈 唇形密封圈 機(jī)械密封 端面密封 2非接觸式密封 縫隙密封 離心式密封 甩油密封 迷宮密封 螺旋密封 74 1接觸式密封 氈圈 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 唇形密封圈 75 2非接觸式密封 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 離心式密封 甩油密封 縫隙密封 迷宮密封 76 三 軸承的配合與裝拆 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 1滾動軸承的配合內(nèi)圈與軸頸 采用基孔制外圈與座孔 采用基軸制 選擇的原則 緊些的配合旋轉(zhuǎn)精度高 振動小轉(zhuǎn)動套圈 速度高 受載大 工作溫度變化大 選較緊的配合 過盈配合 不動套圈 常拆軸承 選較松的配合 間隙配合 77 2滾動軸承的裝拆 要求 容易裝拆 裝拆時不被損壞 也不能損壞其他零件 安裝力或拆卸力不要通過滾動體傳遞 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 軸承 軸肩高度應(yīng)低于內(nèi)圈厚度 拆卸時不損壞軸肩開槽軸承內(nèi)圈 軸肩處 安裝軸承軸段不宜過長 易裝易拆 78