完整的軸承選型計(jì)算方法

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(mǎn)足如下根本要求：二、軸承分類(lèi)：1精品課件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??；●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)防止此種摩擦狀態(tài)。摩擦外表無(wú)潤(rùn)滑劑，功率損失嚴(yán)重，磨損加劇，溫升高，軸瓦易破壞?！癯休d能力高。2精品課件2、邊界摩擦狀態(tài)摩擦外表間有潤(rùn)滑油存在，金屬外表上形成了一層極薄的邊界油膜。但尖峰局部仍直接接觸。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)兩摩擦外表完全被潤(rùn)滑油分隔開(kāi)，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3精品課件常用潤(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(chēng)潤(rùn)滑性，表征油中的極性分子對(duì)金屬外表的吸附性能。油性好那么摩擦系數(shù)小。4精品課件潤(rùn)滑油的選擇原那么：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(lèi)似于油的粘度；閃點(diǎn)—反映潤(rùn)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(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)滑脂的選擇原那么：●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，那么應(yīng)選鋰基潤(rùn)滑脂。5精品課件四、滑動(dòng)軸承的分類(lèi)載荷方向徑向軸承推力軸承裝拆需要整體軸承(特殊類(lèi)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6精品課件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，本錢(qián)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(wú)法調(diào)整。只能從沿軸向裝入或拆出。7精品課件(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。局部式軸承(整體軸套)對(duì)開(kāi)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8精品課件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：9精品課件軸瓦的材料減摩性：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)外表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)外表發(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：軸瓦與軸頸外表經(jīng)短期輕載運(yùn)行后，形成相互吻合的外表形狀和粗糙度的能力〔或性質(zhì)〕。10精品課件常用軸瓦材料有：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(lèi)?！T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?！兴芰?、硬木、橡膠等，其中塑料用的最多11精品課件一、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外表而出現(xiàn)膠合。二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么§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。BdFr—向心滑動(dòng)軸承

平均壓強(qiáng)：12精品課件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→→→→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13精品課件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2～4MPa*m/s平均速度許用線(xiàn)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14精品課件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兩摩擦外表平行，不會(huì)產(chǎn)生壓力油膜vp兩摩擦外表成楔形間隙，產(chǎn)生了壓力油膜間隙內(nèi)的潤(rùn)滑油形成了擁擠進(jìn)油口出油口二、形成動(dòng)壓油膜的必要條件●兩摩擦外表必須形成楔形間隙●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(mǎn)足夠粘度的潤(rùn)滑油15精品課件三、向心動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的工作過(guò)程no1oo1oo1oo1onn靜止啟動(dòng)不穩(wěn)定運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行FrFrFrFr16精品課件●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17精品課件8-1.滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)及類(lèi)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(zhuān)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(lèi)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。18精品課件滾動(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(duì)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。19精品課件滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型：1、按承載方向和公稱(chēng)接觸角分為：滾動(dòng)體與套圈接觸處的法線(xiàn)與軸承的徑向平面之間的夾角，稱(chēng)為公稱(chēng)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20精品課件推力軸承：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21精品課件2、按滾動(dòng)體的種類(lèi)可分為：球軸承和滾子軸承22精品課件23精品課件24精品課件25精品課件26精品課件27精品課件28精品課件29精品課件30精品課件滾動(dòng)軸承代號(hào)：

前置代號(hào)

基本代號(hào)

后置代號(hào)

類(lèi)型代號(hào)

尺寸系列代號(hào)

內(nèi)徑代號(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－滾針軸承由軸承的寬度系列和直徑系列代號(hào)（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(hào)100012011502170320~500d/522、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。31精品課件3,滾動(dòng)軸承類(lèi)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(xiàn)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?。x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)速的上下轉(zhuǎn)速高－選球軸承；轉(zhuǎn)速低－選滾子軸承；32精品課件(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(lèi)或“2〞類(lèi)〕；§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

33精品課件當(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(duì)于點(diǎn)接觸軸承：對(duì)于線(xiàn)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)34精品課件滾動(dòng)體外表、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，元件外表出現(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。35精品課件三、設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么一般轉(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)、根本概念●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)。36精品課件●根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。完好按根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。比方：外載增大，額定壽命降低。因此，根本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力?！窀绢~定動(dòng)載荷規(guī)定軸承在根本額定壽命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。37精品課件額定動(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，選擇適宜的軸承尺寸。L10

106rPCP11L1軸承的疲勞曲線(xiàn)L2P2載荷與額定壽命的關(guān)系曲線(xiàn)：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－向心軸承的根本額定動(dòng)載荷，稱(chēng)為徑向根本額定動(dòng)載荷。Ca－推力軸承的根本額定動(dòng)載荷，稱(chēng)為軸向根本額定動(dòng)載荷。38精品課件所以：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：－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：39精品課件壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)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。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(lèi)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8-740精品課件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。假設(shè)：Fa/Fr

＞e

X≠0、Y≠0假設(shè)：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。根本額定靜載荷對(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：41精品課件(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(jiàn)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(xiàn)與軸線(xiàn)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42精品課件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)。FAS1S2FAS1S243精品課件44精品課件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。Fr2Fr145精品課件

S2和S2′

都是右軸承所受的力，故：①軸承正裝時(shí)：●假設(shè)S1+FA>S2S1S2FAS2′圓錐滾子軸承的簡(jiǎn)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(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，F(xiàn)r1Fr2即：Fa1=S1〔放松端〕Fa2=S1＋FA〔壓緊端〕合力46精品課件●假設(shè)S1+FA<S2S1S2FAS1′12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〕合力