完整的軸承選型計(jì)算方法.ppt

第七章 軸承設(shè)計(jì),按摩擦性質(zhì)分：,滑動(dòng)軸承 和滾動(dòng)軸承,按承載方向分：,向心軸承 和推力軸承,軸承的作用是支承軸。軸在工作時(shí)可以是旋轉(zhuǎn)的，也可以是靜止的。,1能承擔(dān)一定的載荷，具有一定的強(qiáng)度和剛度。,2具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。,3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度。,一、軸承應(yīng)滿足如下基本要求：,二、軸承分類：,7-1.滑動(dòng)軸承概述,一、滑動(dòng)軸承的主要特點(diǎn)：, 工作平穩(wěn)，無(wú)噪聲；, 回轉(zhuǎn)精度高；, 液體潤(rùn)滑時(shí)摩擦損失小；, 徑向尺寸小。,二、滑動(dòng)軸承的摩擦狀態(tài)(軸瓦與軸頸之間)：,1、干摩擦狀態(tài),應(yīng)避免此種摩擦狀態(tài)。,摩擦表面無(wú)潤(rùn)滑劑，功率損失嚴(yán)重，磨損加劇，溫升高，軸瓦易破壞。, 承載能力高。,2、邊界摩擦狀態(tài),摩擦表面間有潤(rùn)滑油存在，金屬表面上形成了一層極薄的邊界油膜。,但尖峰部分仍直接接觸。,多數(shù)滑動(dòng)軸承都是這種摩擦狀態(tài)。,3、液體摩擦狀態(tài),兩摩擦表面完全被潤(rùn)滑油分隔開，形成了一定厚度的壓力油膜。,這種摩擦狀態(tài)是潤(rùn)滑油分子之間的摩擦，摩擦系數(shù)極小。,重要軸承采用這種摩擦狀態(tài)。,非液體摩擦滑動(dòng)軸承,液體摩擦滑動(dòng)軸承,常用潤(rùn)滑劑：,潤(rùn)滑油 液體，用途最廣泛；,三、潤(rùn)滑劑及其選擇,潤(rùn)滑脂 半固體，一般用于中低速；,固體潤(rùn)滑劑 主要用作油、脂的添加劑，也可單獨(dú)使用。,1、潤(rùn)滑油的性能及選擇,粘度 ,表征了流動(dòng)的液體中內(nèi)摩擦阻力的大小。,是最重要的性能指標(biāo)，也是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。,油性 ,也稱潤(rùn)滑性，表征油中的極性分子對(duì)金屬表面的吸附性能。油性好則摩擦系數(shù)小。,潤(rùn)滑油的選擇原則：,凝點(diǎn) ,反映潤(rùn)滑油的低溫工作性能。,針入度 ,表征潤(rùn)滑脂的稀稠度，類似于油的粘度；,閃點(diǎn) ,反映潤(rùn)滑油的高溫工作性能。, 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(shí)，應(yīng)選粘度低的油，以減少摩擦損失；, 工作溫度高時(shí)，應(yīng)選粘度高的油，因粘度會(huì)隨溫度升高而下降。,2、潤(rùn)滑脂的性能及選擇,滴 點(diǎn) ,表征潤(rùn)滑脂耐高溫的性能。,潤(rùn)滑脂的選擇原則：, 工作環(huán)境有水汽，選鈣基潤(rùn)滑脂；, 工作溫度高，選鈉基潤(rùn)滑脂；, 有水汽而且工作溫度高，則應(yīng)選鋰基潤(rùn)滑脂。,四、滑動(dòng)軸承的分類,載荷方向,徑向軸承,推力軸承,裝拆需要,整體軸承(特殊類型：自動(dòng)調(diào)心式軸承),剖分軸承,摩擦狀態(tài),液體摩擦(長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn),精度要求高),非液體摩擦,主要承受徑向力,主要承受軸向力,動(dòng)壓軸承,靜壓軸承,1.徑向滑動(dòng)軸承,(1)整體式滑動(dòng)軸承,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。,應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。,因磨損而造成的間隙無(wú)法調(diào)整。,只能從沿軸向裝入或拆出。,(2)剖分式滑動(dòng)軸承,特 點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可以調(diào)整磨損而造成的間隙、安裝方便。,應(yīng)用場(chǎng)合：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。,部分式軸承(整體軸套),對(duì)開式軸承(剖分軸套),(3)自動(dòng)調(diào)心滑動(dòng)軸承,(4)間隙可調(diào)式滑動(dòng)軸承,2.推力滑動(dòng)軸承,推力滑動(dòng)軸承由軸承座和止推軸頸組成。常用的軸頸結(jié)構(gòu)形式有：,軸瓦的材料,減摩性：材料副具有較低的摩擦系數(shù)。,耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。,抗咬粘性(膠合)：材料的耐熱性與抗粘附性。,摩擦順應(yīng)性：材料通過(guò)表層彈塑性變形來(lái)補(bǔ)償軸承滑動(dòng)表面初始配合不良的能力。,嵌入性：材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動(dòng)表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能。,此外還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力、良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性。,磨合性：軸瓦與軸頸表面經(jīng)短期輕載運(yùn)行后，形成相互吻合的表面形狀和粗糙度的能力（或性質(zhì)）。,常用軸瓦材料有：,金屬材料,粉末冶金材料,非金屬材料,軸承合金（巴氏合金、白合金）是由錫、鉛、銻、銅等組成的合金,銅合金 分為青銅和黃銅兩類。,鑄鐵 有普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵等。,由銅、鐵、石墨等粉末經(jīng)壓制、燒結(jié)而成的多孔隙軸瓦材料。,有塑料、硬木、橡膠等，其中塑料用的最多,一、失效形式,1、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。,1、限制軸承的壓強(qiáng) p ：,高速重載且潤(rùn)滑不良時(shí)，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。,二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,7-4 非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì),2、膠合,目的 防止軸瓦過(guò)度磨損。, 向心滑動(dòng)軸承,平均壓強(qiáng)：,2、限制軸承的 pv 值 ：,目的 控制軸承的發(fā)熱量，防止膠合破壞。,pv 值表征了軸承發(fā)熱量的大小。,pv,發(fā)熱量,溫升,潤(rùn)滑效果,膠合,k 考慮油槽使支承面積減小。,推力滑動(dòng)軸承, 向心軸承,z 推力環(huán)的數(shù)目,3、限制滑動(dòng)速度 v ：,目的 防止滑動(dòng)速度過(guò)高而引起磨損,平均直徑 dm(d1+d0)/2,推力軸承取24MPa*m/s,平均速度,許用線速度,三、設(shè)計(jì)步驟,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、v,選擇軸承的配合,選擇潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑裝置,選擇軸瓦材料, 推力軸承,7.5液體摩擦滑動(dòng)軸承的工作原理,一、動(dòng)壓油膜的形成機(jī)理,兩摩擦表面平行，不會(huì)產(chǎn)生壓力油膜,兩摩擦表面成楔形間隙，產(chǎn)生了壓力油膜,間隙內(nèi)的潤(rùn)滑油形成了擁擠,二、形成動(dòng)壓油膜的必要條件, 兩摩擦表面必須形成楔形間隙, 潤(rùn)滑油必須從大口進(jìn)小口出, 必須具有足夠的滑動(dòng)速度, 必須充滿足夠粘度的潤(rùn)滑油,三、向心動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的工作過(guò)程,靜止,啟動(dòng),不穩(wěn)定運(yùn)行,穩(wěn)定運(yùn)行, 多油楔滑動(dòng)軸承,其他滑動(dòng)軸承, 靜壓滑動(dòng)軸承, 氣體軸承,8-1 . 滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)及類型,滾動(dòng)軸承的主要特點(diǎn)：,滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，由專業(yè)軸承廠集中生產(chǎn)。,故學(xué)習(xí)本章的目的主要解決二個(gè)問(wèn)題：,1、如何選擇滾動(dòng)軸承的類型；,2、滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算；, 摩擦阻尼小(相對(duì)于非液體摩擦滑動(dòng)軸承)，啟動(dòng)靈活；, 可同時(shí)承受徑向和軸向載荷，簡(jiǎn)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)。,缺點(diǎn)： 抗沖擊能力較差； 高速時(shí)噪聲大，壽命較低； 徑向尺寸大。,滾動(dòng)軸承的主要類型：,1、按承載方向和公稱接觸角分為：,滾動(dòng)體與套圈接觸處的法線 與軸承的徑向平面之間的 夾角，稱為公稱接觸角。,向心軸承：045，主要承受徑向載荷；,徑向接觸軸承0 的向心軸承；,向心角接觸軸承 045的向心軸承；,推力軸承： 45 90 ，主要承受軸向載荷；,軸向接觸軸承90的推力軸承,推力角接觸軸承 45 90的推力軸承,2、按滾動(dòng)體的種類可分為：球軸承和滾子軸承,滾動(dòng)軸承代號(hào)：,用數(shù)字或字母表示 1調(diào)心球軸承 2調(diào)心滾子軸承 3圓錐滾子軸承 5推力球軸承 6深溝球軸承 7角接觸球軸承 8推力圓柱滾子軸承 N圓柱滾子軸承 NA滾針軸承,內(nèi)徑尺寸 代號(hào) 10 00 12 01 15 02 17 03 20500 d/5 22、28、32及500以上 /內(nèi)徑,后置代號(hào)：用于表示軸承的結(jié)構(gòu)、公差及材料的特殊要求，用字母或數(shù)字表示；如：接觸角為150、250和400的角接觸球軸承，分別用C、AC和B表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。,又如：軸承的公差等級(jí)分別為2級(jí)、4級(jí)、5級(jí)、 6級(jí)（6x）和0級(jí)，共5個(gè)級(jí)別，依次由高級(jí)到低級(jí)，其代號(hào)分別為：/P2、/P4、/P5、/P6（ /P6x ）和/P0。,3, 滾動(dòng)軸承類型的選擇,(1)、根據(jù)載荷的大小及性質(zhì),載荷大或沖擊大選滾子軸承（線接觸）；,徑向、軸向載荷角接觸球軸承(7)或圓錐滾子軸承(3),軸向載荷不大時(shí)，可用深溝球軸承,載荷小或沖擊小選球軸承（點(diǎn)接觸） ；,(2)、根據(jù)載荷的方向,純徑向載荷選深溝球軸承（6）、圓柱滾子軸承（N),純軸向載荷選推力軸承（5 或 8 ）,(3)、根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低,轉(zhuǎn)速高選球軸承；,轉(zhuǎn)速低選滾子軸承；,(4)、根據(jù)回轉(zhuǎn)精度,精度要求高選球軸承；,(5)、根據(jù)調(diào)心性能,軸剛性差、軸承座孔同軸度差或多點(diǎn)支承 選調(diào)心軸承（ “1” 類 或 “2” 類 ）；,11-5 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算,一、滾動(dòng)軸承的載荷分析,各滾動(dòng)體上的受力情況如何？,當(dāng)軸承僅受到純軸向力 Fa 作用時(shí)：,載荷由各滾動(dòng)體平均分擔(dān)，即：,Qi Qj,當(dāng)軸承僅受到純徑向力 Fr 作用時(shí)：,接觸點(diǎn)產(chǎn)生彈性變形，內(nèi)圈下沉，,Q2,Qmax,Q1,Q2,Q1,最多只有半圈滾動(dòng)體受載。,承載區(qū)各滾動(dòng)體的變形量不同，受載大小也不同。,對(duì)于點(diǎn)接觸軸承：,對(duì)于線接觸軸承：,滾動(dòng)體與套圈滾道接觸點(diǎn)的接觸應(yīng)力是變應(yīng)力，,因此：,可看成脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力。,全部滾動(dòng)體個(gè)數(shù),滾動(dòng)體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點(diǎn)蝕。,二、滾動(dòng)軸承的失效形式,1、疲勞點(diǎn)蝕 最主要的失效形式,防止點(diǎn)蝕破壞，是計(jì)算滾動(dòng)軸承的主要目的。,接觸應(yīng)力過(guò)大，元件表面出現(xiàn)較大塑性變形。,2、塑性變形 低速軸承的主要失效形式,原因是載荷過(guò)大或沖擊載荷作用。,3、磨損、膠合、保持架斷裂等,使用維護(hù)不當(dāng)而引起的，屬于非正常失效。,三、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,一般轉(zhuǎn)速的軸承,轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動(dòng)的軸承, 進(jìn)行壽命計(jì)算，防止點(diǎn)蝕破壞, 按靜強(qiáng)度計(jì)算，防止塑性變形,四, 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算公式,(一)、基本概念, 軸承壽命,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(shí)數(shù)。, 基本額定壽命,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(shí)數(shù)。,90,10,用 L10 表示。,完好,按基本額定壽命選用軸承，可靠性為90,注意：額定壽命隨運(yùn)轉(zhuǎn)條件而變化。,比如：外載增大，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。, 基本額定動(dòng)載荷,規(guī)定軸承在 基本額定壽命L10 為 106 轉(zhuǎn) 時(shí)，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(shí)，有10的軸承出現(xiàn)點(diǎn)蝕，90的軸承完好。,額定動(dòng)載荷越大,軸承的承載能力越大,對(duì)于具體軸承，C 為定值，按手冊(cè)查取。,(二)、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：,式中：P 為當(dāng)量動(dòng)載荷；,L10為P 作用下的額定壽命。,為壽命指數(shù)，球軸承 3，滾子軸承 10/3 。,C r 向心軸承的基本額定動(dòng)載荷，稱為徑向基本額定動(dòng)載荷。,C a 推力軸承的基本額定動(dòng)載荷，稱為軸向基本額定動(dòng)載荷。,所以：,實(shí)際計(jì)算時(shí)，常用小時(shí)數(shù)表示軸承的額定壽命：,軸承的轉(zhuǎn)速,或：,已知軸承的C 以及P，計(jì)算額定壽命,根據(jù)預(yù)期壽命Lh以及P，計(jì)算所需 的C ,當(dāng)工作溫度高于120時(shí)，C 值會(huì)下降，用溫度系數(shù) ft 修正：,預(yù)期壽命,當(dāng)載荷為額定動(dòng)載荷C 時(shí)：,所需額定動(dòng)載荷,或：,壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)滿足：,(三)、當(dāng)量動(dòng)載荷 P 的計(jì)算,計(jì)算壽命,預(yù)期壽命,或：,所選軸承的額定動(dòng)載荷,所需的額定動(dòng)載荷,對(duì)于向心軸承，C 為徑向載荷；,對(duì)于推力軸承，C 為軸向載荷。,但軸承可能同時(shí)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(dòng)載荷的概念。,當(dāng)量動(dòng)載荷：一假想載荷，與C 同類型，它對(duì)軸承的作用與實(shí)際載荷的作用等效。用 P 表示。,計(jì)算式：,X 徑向系數(shù),Y 軸向系數(shù),查表8-7,X、Y 的作用是將Fr、Fa 折合成當(dāng)量動(dòng)載荷。,實(shí)際工作條件下，需引入載荷系數(shù) fp 修正 P：,X、Y 取決于：Fa/Fr 和參數(shù) e 。,若：,Fa/Fr e,X 0、Y 0,若：,Fa/Fr e,X 1、Y 0,參數(shù) e 根據(jù) Fa/C0 確定，它反映了軸承承受軸向載荷的能力。,基本額定靜載荷,對(duì)于只能承受徑向力的向心軸承（如圓柱滾子軸承）：,對(duì)于只能承受軸向力的推力軸承（如推力球軸承）：,或：,(四)、向心角接觸軸承軸向載荷 Fa 的計(jì)算,1、角接觸軸承的派生軸向力 S,軸承徑向載荷 Fr 的計(jì)算見(jiàn)軸系受力分析，即：,而：,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(huì)產(chǎn)生派生軸向分力 S 。,O,O 支反力作用點(diǎn)，即法線與軸線的交點(diǎn)。,表8-9給出了S 的近似計(jì)算方法。,角接觸球軸承,派生軸向力：,注意 S 的方向,2、角接觸軸承的排列方法,為使 S 得到平衡，角接觸軸承必須成對(duì)使用。,一般有兩種安裝形式：, 正裝 面對(duì)面安裝,兩軸承外圈的窄邊相對(duì)，,即內(nèi)部軸向力指向相對(duì)。, 反裝 背靠背安裝,兩軸承外圈的寬邊相對(duì)，,即派生軸向力指向相背。,正裝時(shí)跨距短，軸剛度大；,反裝時(shí)跨距長(zhǎng)，軸剛度??；,問(wèn)題：兩個(gè)角接觸軸承朝一個(gè)方向布置行嗎？,為簡(jiǎn)化計(jì)算，認(rèn)為支反力作用于軸承寬度的中點(diǎn)。,3、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(shí)，角接觸軸承的軸向載荷 Fa ？,要同時(shí)考慮軸向外載 F A和派生軸向力 S 。,S2 和 S2 都是右軸承所受的力，故：, 軸承正裝時(shí)：, 若 S1 + FA S2,圓錐滾子軸承的簡(jiǎn)圖如下（將內(nèi)圈與軸視為一體）：,軸向合力向右，軸有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，,但外圈被固定，,使得,使軸向力平衡，,故：,右軸承被壓緊，會(huì)產(chǎn)生反力S2，,而左軸承被放松，,即：Fa1=S1 （放松端） Fa2=S1 FA （壓緊端）, 若 S1 + FA S2,軸向合力向左，軸有向左移動(dòng)的趨勢(shì)，,S1 和 S1 都是左軸承所受的力，故：,使軸向力平衡：,故：,左軸承被壓緊，會(huì)產(chǎn)生反力S1，,而右軸承被放松，,即：,（壓緊端）,（放松端）, 軸承反裝時(shí)：, 若 S2 + FA S1,軸向合力向右，軸有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，,左軸承被壓緊，會(huì)產(chǎn)生反力S1，,使軸向力平衡：,（壓緊端）,（放松端）,軸向合力向左，軸有向左移動(dòng)的趨勢(shì)，,右軸承被壓緊，會(huì)產(chǎn)生反力S 2，,使軸向力平衡：, 若 S2 + FA S1，,（放松端）,（壓緊端）,歸納如下：,分析哪端軸承被“壓緊”，哪端軸承被“放松”；,“壓緊”端的軸向載荷等于除去自身派