《機械設(shè)計基礎(chǔ)》CHAP13軸承

1、第13章軸承基本要求：1、了解滑動軸承的用途、分類、典型結(jié)構(gòu)；理解滑動軸承的失效形式；掌握不完全液 體潤滑滑動軸承設(shè)計計算；2、了解滾動軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)特點及代號，了解軸承套圈及滾動體上載荷分布及 應(yīng)力的變化，了解滾動軸承的失效形式和計算準(zhǔn)則；理解基本額定壽命、基本額定動 載荷及當(dāng)量動載荷，掌握滾動軸承基本額定壽命的計算方法，理解滾動軸承的基本額 定靜載荷的計算；了解滾動軸承的組合設(shè)計，了解軸承的配置、固定、配合、預(yù)緊和 裝拆，潤滑與密封。重 點：1、滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)、軸瓦材料、失效形式2、不完全液體潤滑滑動軸承設(shè)計計算3、滾動軸承基本額定壽命、基本額定動載荷及當(dāng)量動載荷4、滾動軸承基本

2、額定壽命的計算難 點：滾動軸承基本額定壽命、基本額定動載荷及當(dāng)量動載荷、壽命的計算 學(xué) 時：課堂教學(xué)：6學(xué)時；教學(xué)方法：課堂講授，多媒體動畫作業(yè)：第13章軸承軸承是機器中的重要零件之一。功川一一支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；減少軸與支承之間的摩擦與磨損。 滑動軸承的特點與應(yīng)用：與滾動軸承相比 滑動軸承的設(shè)計（a,容：1）決定軸承的結(jié)構(gòu)型式；2）選擇軸瓦和軸承襯的材料；3）決定軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)；4）選擇潤滑劑和潤滑方法；5）計算軸承工作能力。§ 13-1摩擦狀態(tài)摩擦一一是指在外力作用下，一物體相對另一物體運動或有運動趨勢時，在其接觸表 而間所產(chǎn)生切向阻力（摩擦力）的現(xiàn)象。根據(jù)兩表面

3、之間有油、無油，油多、油少的不同情況，可能產(chǎn)生以下幾種摩擦狀態(tài)：-干摩擦對滑動軸承是不允許出現(xiàn)干摩擦的。-邊界摩擦邊界汕膜很薄，一般lpm,不足以把粗糙的金屬表面完全隔開。 -液體摩擦是一種比較理想的工作狀態(tài) -混合摩擦狀態(tài)§ 13-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式一、滑動軸承的類型 按照承受載荷的方向分：一一徑向軸承汕杯螺紋孔 汕孔 軸承噸 軸e推力軸承按摩擦狀態(tài)分：一一液體潤滑滑動軸承：液體動壓潤滑滑動軸承 液體靜壓潤滑滑動軸承一一非液體潤滑滑動軸承二、向心滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式1、整體式軸承如圖所示是一種常見的整體式徑向滑動軸承。整體式軸承構(gòu)造簡單，常用于低速、載荷不大的間歇工作的機器上。 缺

4、點：1）當(dāng)滑動表而磨損而間隙過大時，無法調(diào)整軸承間隙；2）軸頸只能從端部裝入，對于粗重的軸或具有中軸頸的軸安裝不便。2、剖分式軸承如圖所示的剖分式軸承，其結(jié)構(gòu)組成為 軸承座一一軸承蓋頂部有油孔一一剖分軸瓦瓦上有油孔、油溝 一一軸承蓋與軸承座川螺柱聯(lián)接乂 50、螺 tts 倒分軸冗軸承盂-一一軸瓦寬度與軸頸直徑之比b/d稱為寬徑比，它是向心滑動軸承的重要參數(shù)之一 對于液體摩擦滑動軸承，常取b/d=0.51 對于非液體摩檫滑動軸承，常取b/d=0.81.5常見的推力軸承l(wèi)h推而的形狀如閣所示 d ia）實心端面軸頸二、推力軸承§ 13-3軸瓦及軸承襯材料軸沉是滑動軸承屮的重要零件。軸和軸

5、承襯的材料統(tǒng)稱為軸承材料。一、對軸承材料的要求根據(jù)滑動軸承的工作情況，其主要失效形式為：一一磨損 一一疲勞損壞 軸承襯脫落一一髙溫時，發(fā)生膠合或“抱軸”鑒于以上原因，軸瓦材料應(yīng)考慮具有以下幾方面性能：1）摩擦系數(shù)小2）導(dǎo)熱性好，熱膨脹性系數(shù)小3）耐磨性、耐腐蝕性、抗膠合能力強4）具有良好的塑性、嵌藏性5）具有足夠的機械強度等改善軸瓦 一通常稱b)由于一種材料很難同時滿足上述各項要求，因此為了滿足軸承的工作要求, 表而的摩擦性質(zhì)，在結(jié)構(gòu)上，常在軸沉內(nèi)表而上澆鑄或壓合一層或兩層減摩材料- 為軸承襯。如圖所示。二、常用軸承材料1、軸承合金2、青銅3、粉末冶金材料4、鑄鐵5、非金屬材料橡膠軸承塑料軸承

6、§ 13-4潤滑劑和潤滑裝置、潤滑劑滑動軸承潤滑的目的：潤滑劑的種類：液體潤滑劑一一潤滑汕半固體潤滑劑一一潤滑脂 固體潤滑劑一一如石墨、二硫化鉬等1、潤滑油目前使用的潤滑汕主要是礦物汕。潤滑油最重要的物理性能是粘度，也是選擇潤滑油的主要依據(jù)。 粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦性能。圖4.25單位液體動力粘度lpav的含義如圖所示力被潤滑汕分開的兩平行平板，當(dāng)力f拖動上平板且潤滑油作層流流動時，油層間的切應(yīng)力t與其速度梯度成正比關(guān)系律）（牛頓液體流動定式中a移動板的面積0 一一比例常數(shù)，即液體的（動力）粘度。負(fù)號意即速度u隨距離y的增加而減小。 動力粘度的單位如圖所示為長、寬、高各為lm的液體

7、，當(dāng)上、下平面發(fā)生1 m/s相對速度需要的切 向力為1n時，該液體的粘度為1 pa* s （即ln*s/m2）。工業(yè)上常用動力粘度與與同溫度下該液體密度p的比值表示粘度，稱之為運動粘度v (pa.s)(kg/m3)m2/s一礦物油密度 p = 850 kg / m3900 kg / m3。一pa*s和 rn2 / s都是我國法定計量單位。一粘度單位換算過去常以cm2 /s作為運動粘度單位，稱為st （斯）；百分之一 st稱為cst （厘斯），單位為mm2/s。 m2 / s、st和cst的換算關(guān)系是lm2/s = 104st = 106 cst動力粘度的物理單位是p （泊）1 p= 1 dyn

8、 s/cm2，百分之一 p稱為 cp （厘泊），即 1 p =100 cp。 pa s和p、cp的換算關(guān)系是1 pa s= 10 p= 1000 cp常用潤滑油的主要性質(zhì)，見表溫度和壓力對潤滑油粘度的影響一一粘度隨著溫度的升高而降低。幾種工業(yè)用潤滑油在不同溫度t的動力粘度可杏圖或手冊。一一粘度隨著壓力的增大而升高。實驗表明：當(dāng)壓力小于5n/mm2 （50 at工業(yè)大氣壓）時，壓力對粘度的影響很小， 可忽略不計。5 n / mm2100 n / mm2 壓力對粘度具有一定影響 大于100 n / mm2 壓力對粘度影響很大潤滑油的選擇：一一載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的潤滑油。一一載荷小、

9、速度高的軸承，宜選用粘度小的潤滑油。2、潤滑脂潤滑脂是用礦物油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁等金屬皂）混合稠化制成。對一般參數(shù)的機器，特別是低速或帶有沖擊的機器，都可以使用潤滑脂。潤滑脂的種類：鈣基澗滑脂 鈉基潤滑脂 鋰基潤滑脂3、固體潤滑劑石墨 二硫化鉬（mos2）聚氟乙烯樹脂。固體潤滑劑一般在超出潤滑汕使用范圍才考慮使用，如 在高溫介質(zhì)中在低速重載下、潤滑裝置叫軸承供給潤滑汕或潤滑脂的方法很重要，尤其是汕潤滑，軸承的潤滑狀態(tài)與潤滑汕的 供給方法有關(guān)。潤滑油的供給方法：間歇供油 連續(xù)供油a）壓配式壓注油杯b）旋套式注油油杯 圖17.9間歇供油用油杯c）針閥式注油油杯a）芯捻或線紗潤滑b）油環(huán)潤滑c

10、）浸油潤滑圖17.10連續(xù)供油方法d）壓力循環(huán)潤拊§ 13-5非液體摩擦滑動軸承的計算潤滑脂的供給方法：潤滑脂只能間歇供應(yīng)。一一潤滑杯（黃油杯），應(yīng)用最廣的脂潤滑裝置。 一一黃油槍。圖17.11黃油杯設(shè)計依據(jù)一一維持邊界油膜不發(fā)生破裂為基本要求。 條件性計算一、向心軸承：1、軸承的平均壓強（單位面積上的壓力）p 彡p目的：為了使軸承不產(chǎn)生過度磨損2、軸承的pv值pvpv目的：為了限制軸承的溫升二、推力軸承- d20)zmpafnpv: 30麗 g/uz < mpa m/s式中f一軸向載荷，n;v一推力軸頸平均直徑處的圓周速度, n軸轉(zhuǎn)速，r / min；d軸頸內(nèi)徑，mm； z

11、一軸環(huán)數(shù)。ill / s:§ 13-6滾動軸承的結(jié)構(gòu)滾動軸承的構(gòu)造典型的滾動軸承構(gòu)造如圖，由叫部分組成 一一內(nèi)圈 一一外圈 一一滾動體（一一保持架滾動軸承的材料滾動軸承6、外圈和滾動體用強度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造 如：gcr9、gcrl5、gcrl5simn等g表示滾動軸承鋼淬火后硬度應(yīng)不低于6165 iirc,工作表面要求磨削拋光。保持架不承受載荷，常用的材料有：低碳鋼板、鋁合金、酚醛層壓布板、工程塑料等滾動軸承的優(yōu)缺點（與滑動軸承比較）滾動軸承的設(shè)計內(nèi)容rti于滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，其材料、尺寸、型號等都己細(xì)準(zhǔn)化、系列化，同時考慮到軸承 的安裝、布置、調(diào)整、預(yù)緊、固定、配合、潤

12、滑、密封、軸的支承剛度等因素。因此滾動軸承的設(shè)計包括兩個方面的內(nèi)容：滾動軸承的選擇設(shè)計 滾動軸承的組合設(shè)計§ 13-8滾動軸承的代號、類型和選擇一、滾動軸承的分類按軸承承受載荷的方向分向心軸承： 徑向接觸軸承向心角接觸軸承推力軸承： 軸向接觸軸承一一推力角接觸軸承按滾動體形狀分一一球軸承 滾子軸承按滾動體列數(shù)（排數(shù)）分一一單列 雙列£3-曰球121錐滾f球面滾子滾針按國家的標(biāo)準(zhǔn)gb分93年國家標(biāo)準(zhǔn)將軸承分為14類，并且用規(guī)定的代號來表/j's o二、滾動軸承的基本類型、性能和特點基本概念1）游隙：滾動體與內(nèi)、外圈滾道之間的間隙2）接觸角a 一滾動體與外拳滾道接觸點的

13、法線與徑向平面間的夾角務(wù)inr*o0 <045角接觸球軸承45 <w<90角接觸滾子軸承)-h向心球軸承90推力球軸承3）角偏差0rtit軸承內(nèi)圈軸線與外圈軸線不重合，發(fā)生相對傾斜的現(xiàn)象稱為角偏差，其夾角稱為角偏差造成傾斜的原因>tttt-袖承也孔不平行納ft曲變形-軸承座孔不平行 -軸承座孔不同軸 軸的彎曲變形loooo似軸，f：n&:凋心如果軸承能夠在較大傾斜角的情況下正常工作，則把軸承具有的這種性能成為調(diào)心 性能，具有調(diào)心性能的軸承稱為調(diào)心軸承4）、極限轉(zhuǎn)速nlim指軸承在一定的載荷及潤滑條件下，軸承所允許的最大工作轉(zhuǎn)速。常用滾動軸承的類型名稱、性能和特點

14、類型代號軸承名稱標(biāo)準(zhǔn)號性能特點極限轉(zhuǎn)速比允許角偏差調(diào)心球軸承雙排鋼球，外圈滾道為內(nèi)球面形，10000卿具有自動調(diào)心性能。主要承受徑向載荷，也能承受不大的屮3° gb28111雙向軸向載荷調(diào)心滾子軸承20000攀與調(diào)心球軸承相似。雙排滾子，i有較高承載能力。允許角偏斜小于調(diào)心球軸承低1° 2. 5ogb288 1鬌角抜觸球軸承能同時受徑向載荷和單向軸向載 荷。接觸角a有15°、25°和40" 三種，軸向承載能力隨接觸角增大而 提島。需成對使用.gb42218(9)推力圓柱滾子軸承g(shù)b 4663能承受較大單向軸向載荷，軸向 剛度高。極限轉(zhuǎn)速低，不允

15、許軸與外 閣軸線有傾斜(2)圓注滾子軸承（外圈無朽邊(；b 283用以受較大的徑向載荷。內(nèi)、外圈間可作自由軸向移動， 不能受軸向載荷。滾子與套圈間是線 接觸，只允許有很小角位移na000滾針軸承滾針軸承無內(nèi)圈滾針 軸承只能承受徑向載荷，承 載能力大，徑向尺寸特小不允許滾動軸承類型的選擇選擇滾動軸承類型時，可根據(jù)軸承的工作載荷（大小、性質(zhì)、方向）、轉(zhuǎn)速的高低、軸 的剛度及其他使用要求進行選擇。§ 13-7滾動軸承的代號為了便于組織生產(chǎn)和選擇使用，國家標(biāo)準(zhǔn)gbt 27293規(guī)定的軸承代號由三部分組成：前置代號基本代號后置代號一一基本代號是軸承代號的核心；一一前罝代號和后罝代號都是軸承代號

16、的補充，只有在遇到對軸承結(jié)構(gòu)、形狀、材料、 公差等級、技術(shù)要求等有特殊要求時才使用，一般情況的可部分或全部省略。一、基本代號表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，包括三項內(nèi)容：xxxxx類型代號尺寸系列代號 內(nèi)徑代號一一類型代號：用數(shù)字或字母表示不同類型的軸承；一一尺寸系列代號：巾兩位數(shù)字組成；一一閃徑代號：表示軸承公稱a徑的大小，用數(shù)字表示。二、前置代號：用字母表示，其代號及其含義可查手冊。三、后置代號：用字母（或加數(shù)字）表示后置代號共有8組，表示時，分別用“/”分開，其順序及含義分別為:12345678pj部結(jié)構(gòu)密封、防塵與外部形狀保持架及其材料軸承材料公差等級游隙配置其他§ 13-9

17、滾動軸承的失效形式和選擇計算則一、失效形式滾動軸承在中心軸向載荷的作用下，可認(rèn)為載荷由各滾動體平均分擔(dān); 滾動軸承在純徑向載荷作用下，受載最大的滾動體的載荷為：=（點接觸軸承）f0 = frfr （線接觸軸承）滾動軸承的失效形式1）疲勞破壞2）永久變形3）磨損等。滾動軸承的設(shè)計計算準(zhǔn)則1）對于一般工作條件下轉(zhuǎn)動軸承一一壽命計算一一靜強度計算2）對于轉(zhuǎn)速較低的或作擺動運動軸承一一靜強度計算3）對于轉(zhuǎn)速較高的軸承一一除要作上述計算外，還應(yīng)作極限轉(zhuǎn)速的計算 二、滾動軸承壽命1、基本概念滾動軸承的壽命一一指滾動軸承工作時，任一元件發(fā)生疲勞點蝕前，軸承轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn) 數(shù)或一定轉(zhuǎn)數(shù)下的工作小時數(shù)。滾動軸承的基

18、本額定壽命一一指一批相同的軸承，在同樣的條件下運轉(zhuǎn)，當(dāng)有10%的 軸承發(fā)生疲勞點蝕前，軸承轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)數(shù)下的工作 小吋數(shù)。用lk）表示。滾動軸承基本額定動載荷一一基本額定壽命為一百萬轉(zhuǎn)時軸承所能承受的恒定裁荷取 為®木額定動載荷，用cr、ca表示2、滾動軸承的壽命計算公式：杜捕定荇命/.,/（! 06r）大量的試驗表明，滾動軸承的基本額定壽命l與基本額定動載荷c、當(dāng)量動載荷p之間 的關(guān)系為或式中,_ 106 / c v lloh6op /h壽命指數(shù)，對于球軸堆e =3對于滾子軸承e =10/3n軸承的轉(zhuǎn)數(shù)，r / min,考慮軸承在溫度商于100° c下工作，基本額

19、定動載荷c有所降低，引進溫度修正系數(shù)ft;考慮工作中的沖擊和振動會使軸承壽命降低，引進載荷修正系數(shù)fp。經(jīng)過修正后滾動軸承的壽命計算公式為l _ io6 f ftc' h 6o4/rd軸承預(yù)期壽命的參考值見表16-11三、滾動軸承的當(dāng)量動載荷一一當(dāng)量動載荷是一個假想的載荷一一在當(dāng)量動裁荷作用下，軸承壽命與實際載荷作用下軸承的壽命相同。當(dāng)量動載荷p的計算式是：對于向心軸承只承受徑向載荷時p=fr對于推力軸承（a =90° ）只承受軸向載荷時p=f,對于能夠承受徑m和軸14載荷的14心軸承、角接觸軸承為p= xfr + yfa四、角接觸軸承軸向載荷的計算1. 載荷作用屮心角接觸軸

20、承在計算支反力時，首先要確定載荷作用中心o,它的位置應(yīng)為各滾動體 的載荷矢量與軸中心線的交點，如圖所示角接觸球軸承的載荷作用中心2、角接觸軸承的內(nèi)部軸向力巾于角接觸軸承在結(jié)構(gòu)上存在著接觸角 ,當(dāng)它承受徑向載荷時，承載區(qū)內(nèi)各滾動體上法向力在軸向方向分力的合力稱為內(nèi)部軸向力，用fs表示。各種角接觸軸承的內(nèi)部軸向力fs見表16-13為了使內(nèi)部軸向力得到平衡，通常角接觸軸承都要成對使川，對稱安裝。 安裝方式有正裝和反裝兩種，如下圖所示。圖16-8外圈窄邊相對安裝如圖所示，一對角接觸軸承采用正裝支承fk一為作用于軸上的徑向載荷；fa一一為作用于軸上的和軸向載荷；frl、fr2-為兩軸承的徑向支反力閣16

21、 9外閽寬邊相對安裝fsl、fs2-為兩軸承的徑向支反力作用下，相應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)部軸向力各力方向如圖所示。對1軸承：fa和fs2是外力 對2軸承；fa和fsl是外力 因fa和fsl的方向相同如果 fsl+ fa> fs2軸有向右移動的趨勢，使軸承i “放松”，軸承ii“壓緊”paal=eslea2=esl+ea如果fsl十ea< ps2軸有向左移動的趨勢，使軸承i “壓緊”，軸承ii“放松”fal=fs2-fafa2=fs2如果軸承采用“反裝”方式，fal、fa2的確定方法相同§ 13-10滾動軸承的潤滑和密封一、滾動軸承的潤滑潤滑的目的：降低摩擦阻力和減輕磨損；吸振、冷卻；

22、防銹等。 潤滑劑：潤滑油潤滑脂固體潤滑劑潤滑方式一般根據(jù)速度因數(shù)dn值確定： d軸頸直徑mm; n軸的的轉(zhuǎn)速r/min當(dāng)dn<（l. 52） x 105一脂潤滑，潤滑脂的裝填量一般不超過軸承空間的1/31/2 當(dāng)dn（1.52） x105一一汕潤滑：浸汕潤滑，汕面高度不超過最低滾動體中心飛濺潤滑噴油或噴霧潤滑，適合于高速軸承潤滑油粘度選擇：主要取決于速度、載荷、溫度等工作條件。見圖16 11 某些特殊環(huán)境如溫和真空條件下采用固體潤滑劑。二、滾動軸承的密封密封目的：阻止?jié)櫥瑒┑牧魇?；防止外界灰塵、水分等佼入軸承。密封方式：接觸式密封：非接觸式密封：組合式密封.密封裝置的結(jié)構(gòu)和特點見下表接觖

23、式密封非接觸式密封立軸綜合密封氈囤密封u<5m/s）結(jié)構(gòu)簡牟。壓緊力不能琍整。 用t肪潤滑迷宮式密封（r<30m/s）軸肉曲路（只用丁剖分姑構(gòu)）徑向曲路油潤滑、脂潤滑都有效，縫昧中墳肪為防止立軸油，一畋要 采取兩種以上的綜合密封 型式使用方便，密封可舞。耐油橡 膠和朗料密封圈有o、j、u等型 式，有彈簧箍的密封件能更好結(jié)構(gòu)簡單，溝內(nèi)填脂.用 于脂潤滑或低速油潤滑。 蓋與軸的間隙約為0.1 mm 0.3 mm，溝楕覺3 mm 4 mm,深 4 mm、5 mm擋圈隨軸旋轉(zhuǎn)，可利用離 心力甩去油和雜物.最好與 tt他密封聯(lián)合使用甩油環(huán)採闡心力將油甩 掉,再通過導(dǎo)油槽將油導(dǎo)凼 油箱§ 13-11滾動軸承