完整的軸承選型計(jì)算方法

完整的軸承選型計(jì)算方法第1頁/共53頁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)，無噪聲；●回轉(zhuǎn)精度高；●液體潤滑時(shí)摩擦損失??；●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)。摩擦表面無潤滑劑，功率損失嚴(yán)重，磨損加劇，溫升高，軸瓦易破壞?！癯休d能力高。第2頁/共53頁2、邊界摩擦狀態(tài)摩擦表面間有潤滑油存在，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)軸承第3頁/共53頁常用潤滑劑：潤滑油—液體，用途最廣泛；三、潤滑劑及其選擇潤滑脂—半固體，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。1、潤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。第4頁/共53頁潤滑油的選擇原則：凝點(diǎn)—反映潤滑油的低溫工作性能。針入度—表征潤滑脂的稀稠度，類似于油的粘度；閃點(diǎn)—反映潤滑油的高溫工作性能?！駢毫Υ蠡蛟跊_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、潤滑脂的性能及選擇滴點(diǎn)—表征潤滑脂耐高溫的性能。潤滑脂的選擇原則：●工作環(huán)境有水汽，選鈣基潤滑脂；●工作溫度高，選鈉基潤滑脂；●有水汽而且工作溫度高，則應(yīng)選鋰基潤滑脂。第5頁/共53頁四、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)壓軸承靜壓軸承第6頁/共53頁1.徑向滑動(dòng)軸承(1)整體式滑動(dòng)軸承特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。軸承座整體軸套（軸瓦）螺紋孔油杯孔因磨損而造成的間隙無法調(diào)整。只能從沿軸向裝入或拆出。第7頁/共53頁(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)軸承第8頁/共53頁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：第9頁/共53頁軸瓦的材料減摩性：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：材料通過表層彈塑性變形來補(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)）。第10頁/共53頁常用軸瓦材料有：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?！摄~、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，其中塑料用的最多第11頁/共53頁一、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—防止軸瓦過度磨損。BdFr—向心滑動(dòng)軸承

平均壓強(qiáng)：第12頁/共53頁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↑潤滑效果↓膠合→→→→d1d0Fak－考慮油槽使支承面積減小。推力滑動(dòng)軸承—向心軸承nz－推力環(huán)的數(shù)目第13頁/共53頁3、限制滑動(dòng)速度

v：目的—防止滑動(dòng)速度過高而引起磨損平均直徑dm＝(d1+d0)/2推力軸承取2～4MPa*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滑劑與潤滑裝置選擇軸瓦材料—推力軸承第14頁/共53頁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vF兩摩擦表面平行，不會(huì)產(chǎn)生壓力油膜vp兩摩擦表面成楔形間隙，產(chǎn)生了壓力油膜間隙內(nèi)的潤滑油形成了擁擠進(jìn)油口出油口二、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滑油第15頁/共53頁三、向心動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的工作過程no1oo1oo1oo1onn靜止啟動(dòng)不穩(wěn)定運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行FrFrFrFr第16頁/共53頁●多油楔滑動(dòng)軸承其他滑動(dòng)軸承●靜壓滑動(dòng)軸承●氣體軸承第17頁/共53頁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。第18頁/共53頁滾動(dòng)軸承的組成滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成。內(nèi)圈裝在軸徑上，與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。外圈裝在機(jī)座的軸承孔內(nèi)，一般不轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)外圈上設(shè)置有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈之間相對旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體沿著滾道滾動(dòng)。保持架使?jié)L動(dòng)體均勻分布在滾道上，減少滾動(dòng)體之間的碰撞和磨損。第19頁/共53頁滾動(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：0°≤α≤45°，主要承受徑向載荷；徑向接觸軸承——α＝0°的向心軸承；向心角接觸軸承——0°<α≤45°的向心軸承；徑向接觸軸承向心角接觸軸承第20頁/共53頁推力軸承：45°<α≤90°

，主要承受軸向載荷；軸向接觸軸承——α＝90°的推力軸承推力角接觸軸承——45°<α<90°的推力軸承第21頁/共53頁2、按滾動(dòng)體的種類可分為：球軸承和滾子軸承第22頁/共53頁第23頁/共53頁第24頁/共53頁第25頁/共53頁第26頁/共53頁第27頁/共53頁第28頁/共53頁第29頁/共53頁第30頁/共53頁滾動(dòng)軸承代號：

前置代號

基本代號

后置代號

類型代號

尺寸系列代號

內(nèi)徑代號用數(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－滾針軸承由軸承的寬度系列和直徑系列代號（2位數(shù)字）組成。寬度系列：直徑系列：0—窄；0—特輕；1—正常；1—特輕；2—寬；2—輕；3、4—特寬；3—中；5、6—特寬。4—重。內(nèi)徑尺寸代號100012011502170320~500d/522、28、32及500以上/內(nèi)徑后置代號：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：軸承的公差等級分別為2級、4級、5級、6級（6x）和0級，共5個(gè)級別，依次由高級到低級，其代號分別為：/P2、/P4、/P5、/P6（/P6x）和/P0。第31頁/共53頁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；第32頁/共53頁(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？FaQiQj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

第33頁/共53頁當(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δ，F(xiàn)rδQ2QmaxQ1Q2Q1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。對于點(diǎn)接觸軸承：對于線接觸軸承：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)第34頁/共53頁滾動(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。第35頁/共53頁三、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)。第36頁/共53頁●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。第37頁/共53頁額定動(dòng)載荷越大軸承的承載能力越大對于具體軸承，C為定值，按手冊查取。(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。L10

106rPCP11L1軸承的疲勞曲線L2P2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。ε為壽命指數(shù)，球軸承ε

＝3，滾子軸承ε

＝10/3。Cr

－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。Ca

－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。第38頁/共53頁所以：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：第39頁/共53頁壽命計(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)載荷對于向心軸承，C為徑向載荷；對于推力軸承，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。FaFr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第40頁/共53頁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?；绢~定靜載荷對于只能承受徑向力的向心軸承（如圓柱滾子軸承）：對于只能承受軸向力的推力軸承（如推力球軸承）：或：第41頁/共53頁(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SSFrQiRiSi軸承徑向載荷

Fr的計(jì)算見軸系受力分析，即：RV1RV2RH1RH2FRFAFT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。OO

－支反力作用點(diǎn)，即法線與軸線的交點(diǎn)。α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

的方向第42頁/共53頁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使用。一般有兩種安裝形式：●正裝－面對面安裝兩軸承外圈的窄邊相對，即內(nèi)部軸向力指向相對?！穹囱b－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。正裝時(shí)跨距短，軸剛度大；反裝時(shí)跨距長，軸剛度??；問題：兩個(gè)角接觸軸承朝一個(gè)方向布置行嗎？為簡化計(jì)算，認(rèn)為支反力作用于軸承寬度的中點(diǎn)。FAS1S2FAS1S2第43頁/共53頁第44頁/共53頁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

FA和派生軸向力

S。Fr2Fr1第45頁/共53頁

S2和S2′

都是右軸承所受的力，故：①軸承正裝時(shí)：●若S1+FA>S2S1S2FAS2′圓錐滾子軸承的簡圖如下（將內(nèi)圈與軸視為一體）：12軸向合力向右，軸有向右移動(dòng)的趨勢，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，F(xiàn)r1Fr2即：Fa1=S1

（放松端）

Fa2=S1＋FA（壓緊端）合力第46頁/共53頁●若S1+FA<S2S1S2FAS1′12軸向合力向左，軸有向左移動(dòng)的趨勢，

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）合力第47頁/共53頁FAS1′S1S212②軸承反裝時(shí)：●若S2+FA>S