機(jī)械設(shè)計滾動軸承等

1、第十三章 帶傳動和鏈傳動 帶傳動和鏈傳動都是通過中間撓性件（帶或鏈）傳遞運(yùn)動和動力的，適用于兩軸中心距較大的場合。13-1 帶傳動的類型及應(yīng)用 工作原理：靠帶與帶輪間的摩擦來傳遞運(yùn)動和動力。帶傳動優(yōu)點:適用于中心距較大的傳動；帶有良好的撓性，可緩和沖擊、吸收振動；過載時帶與帶輪間會出現(xiàn)打滑，打滑雖使傳動失效，但可防止損壞其他零件；結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。帶傳動缺點：傳動的外廓尺寸較大；需要緊裝置；由于帶的滑動，不能保證固定不變的傳動比；帶的壽命較短；傳動效率較低。帶的類型：（按橫截面的形狀分）平帶：橫截面為扁平矩形，其工作面是與輪面相接觸的內(nèi)表面。V帶：橫截面為等腰梯形，其工作面是與輪槽相接觸的兩

2、側(cè)面，而V帶與輪槽槽底并不接觸。特殊截面帶：如多楔帶。帶的重要參數(shù)：中心距：當(dāng)帶的張緊力為規(guī)定值時，兩帶輪軸線間的距離。 包角：帶與帶輪接觸弧所對的中心角。帶傳動常用的張緊方法是調(diào)節(jié)中心距。13-2 帶傳動的受力分析 安裝時帶受到的拉力稱為預(yù)拉力F0，且F0 使帶與帶輪的接觸面作用有正壓力。 靜止時：帶兩邊拉力相等為F0 。 傳動時：帶兩邊拉力將發(fā)生變化。緊邊：帶進(jìn)入主動輪的一邊，拉力增大，F(xiàn)1 = F0 + F 。松邊：拉力減小，F(xiàn) 2 = F0 F 圓周力：帶傳動的有效拉力F = F1 - F2 打滑：若帶所需傳遞的圓周力超過帶與輪面間的極限摩擦力總和時，帶與帶輪將發(fā)生顯著的相對滑動.打滑

3、的危害：使帶的磨損加劇、傳動效率降低，以致使傳動失效。圓周力F、帶速和傳遞功率之間的關(guān)系：P = F V / 1000 （KW）圓周力F為接觸面上摩擦力的總和：F = F f = N f正壓力N是由初拉力F0 提供的，而F0 太大會使帶拉斷。 最大有效拉力F與摩擦系數(shù)、包角、預(yù)拉力有關(guān)。V帶的設(shè)計，就是通過增加帶與帶輪間的摩擦力，來提高傳遞功率的。側(cè)面所受摩擦力： 為當(dāng)量摩擦系數(shù)。且ff，故在相同條件下，V帶能傳遞較大的功率。13-3 帶的應(yīng)力分析 拉應(yīng)力： 緊邊：1 = F1 / A 松邊：2= F2 / A由離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力：作用于全長。 離心拉應(yīng)力：b = Fc / A = q V 2

4、 / A彎曲應(yīng)力：只發(fā)生于圓弧部分，且b 1 b 2 b = E y / E抗彎彈性模量；y所求點到中性層的距離；中性層曲率半徑。對于三角帶：= d / 2則b =2E y / d（N / mm） 帶是在變應(yīng)力下工作的 最大應(yīng)力發(fā)生于帶進(jìn)入主動輪處 m a x =1 +b1 +C在微弧段dl上產(chǎn)生的離心力：離心力在該弧段兩邊引起拉力Fc： 有微段上各力平衡得：Fc = q V 2 13-4 帶傳動的彈性滑動和傳動比 彈性滑動：由于材料的彈性變形而產(chǎn)生的滑動，是由拉力差引起的。 發(fā)生在部分接觸面，不可避免.打滑：是由過載引起的，發(fā)生在整個接觸面，可以避免.滑動率：傳動中由于帶的滑動引起的從動輪圓

5、周速度的降低率。傳動比：13-5 普通V帶的傳動計算 V帶的規(guī)格 V帶由抗拉體、頂膠、底膠和包布組成：抗拉體是承受負(fù)載拉力的主體；頂膠和底膠分別承受彎曲時的拉伸和壓縮；外殼用橡膠帆布包圍成型。節(jié)線：當(dāng)帶受縱向彎曲時，在帶中保持原長度不變的任一條周線。節(jié)面：由全部節(jié)線構(gòu)成的面。 強(qiáng)力層處于帶的中性層（節(jié)面）處. V帶的尺寸參數(shù)： bd 節(jié)面寬度.（當(dāng)帶受縱向彎曲時，該寬度保持不變表13-1） Ld 基準(zhǔn)長度.（節(jié)線、公稱長度表13-2） d 基準(zhǔn)直徑.（計算直徑）單根V帶的許用功率 失效形式： 打滑、疲勞破壞 。 因此帶傳動的設(shè)計依據(jù)是保證帶不打滑及具有一定的疲勞壽命。 單根V帶傳遞的功率：P0

6、 = F/ I000 （KW）； 為了使帶具有一定的疲勞壽命，應(yīng)使 即 帶的許用應(yīng)力 則帶傳動在既不打滑又有一定壽命時，單根普通V帶傳遞的功率： 而實際工作條件下，單根普通V帶傳遞的功率，為許用功率P0 P0=（ P0+ P0）KKL P0功率增量 （i1時， b P0 表13-4） KL長度修正系數(shù)表13-2； K包角修正系數(shù)表13-5， 普通V帶的型號和根數(shù)的確定 計算功率為：PC=KAP P傳動的額定功率（KW）；KA 工作情況系數(shù)表13-6 根據(jù)計算功率PC 和小帶輪轉(zhuǎn)速n1 ，按圖13-15的推薦選擇普通V帶的型號。若臨近兩種型號的交界線時，可按兩種型號同時計算，并分析比較決定取舍。

7、 V帶根數(shù)計算式為：注：z取整數(shù)，為了使每根V帶受力均勻，V帶根數(shù)不宜太多，通常z10。設(shè)計計算與參數(shù)選擇 已知條件：傳動類型，工作情況，外廓尺寸 P，n1設(shè)計內(nèi)容：1.帶的型號、長度、根數(shù)； 2.帶輪的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸； 3.中心距a 4.帶對帶輪軸的壓力FQ設(shè)計步驟：計算功率：PC=KAP確定帶的型號：圖13-15 PC 、n1 的交點所在區(qū)域.確定大小帶輪的基準(zhǔn)直徑：表13-7 d1 有最小值限制，d1 、d2按系列值圓整，實際傳動 比i= d2/ d1，誤差應(yīng)小于5%.驗算帶速： P=FV， V，P但是V過大，正壓力N，P，并降低疲勞強(qiáng)度。 帶速范圍V=525 m/s最佳值V=2025

8、 m/s計算中心距a及帶長Ld 初估中心距a0：0.7（d1+d2） a0 2（d1+d2）；初算帶長L0 ：P195 式（13-2）； 查出表13-2選基準(zhǔn)長度Ld；用式13-16反算實際中心距a驗算小帶輪包角1：1 120；式13-1 帶與帶輪接觸弧長小，故產(chǎn)生的摩擦力小。確定帶的根數(shù)Z 作用于帶輪軸上的壓力13-6 帶輪結(jié)構(gòu)材料：一般采用HT150，HT200高速帶輪用鋼或鋁合金.結(jié)構(gòu)：實心式：帶輪直徑較小。腹板式：中等直徑的帶輪。輪輻式：直徑大于mm時。尺寸：表13-8 d帶輪的基準(zhǔn)直徑. 普通帶兩側(cè)面的夾角：通常為400 ，為使膠帶能緊貼輪槽兩側(cè)，將帶輪槽角規(guī)定為0 、0 、0 和0

9、 帶的張緊：為保證必須的預(yù)拉力F0，帶傳動需進(jìn)行張緊。第十五章 滑動軸承軸承的功用：為支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；為減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損。軸承分類：滑動軸承和滾動軸承?；瑒虞S承的特點：適用于高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合。151摩擦狀態(tài) 摩擦按表面潤滑情況，分為：干摩擦：固體表面直接接觸。 結(jié)果：在滑動軸承中表現(xiàn)為升溫，甚至把軸瓦燒毀。應(yīng)避免。邊界摩擦：接觸表面存在潤滑油膜，但不能把兩個表面完全隔開，邊界油膜厚 度小于0.001mm，這種狀態(tài)的摩擦系數(shù)f = 0.10.3。 結(jié)果：起減輕磨損的作用。液體摩擦：壓力油膜將兩摩擦表面完全隔開。摩擦系數(shù)很小f = 0.0

10、010.01 所以顯著地減少了摩擦和磨損。 液體摩擦是最理想的情況，但在一般機(jī)器中，摩擦表面多處于混合摩擦狀態(tài)。152 滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式滑動軸承按照承受載荷的方向主要分為：向心滑動軸承：又稱徑向滑動軸承，主要承受徑向載荷。 由軸承蓋、軸承座、部分軸瓦和聯(lián)結(jié)螺栓組成。推力滑動軸承：承受軸向載荷。軸瓦是滑動軸承的重要零件，分為上、下軸瓦。當(dāng)軸承受向下載荷時，下軸瓦為承載區(qū)。在軸瓦內(nèi)表面開有油溝。油溝的形式是多樣的，一般油溝與軸瓦端面保持一定距離，以防止漏油。若載荷方向有較大偏斜時，則軸承的中分面垂直于或接近垂直于載荷。在大型的液體潤滑的滑動軸承中，潤滑油采用兩側(cè)導(dǎo)入的結(jié)構(gòu)，一側(cè)油進(jìn)入后被旋轉(zhuǎn)著的

11、軸頸帶入楔形間隙中形成動壓油膜，另一側(cè)油進(jìn)入后覆蓋在軸頸上半部，起著冷卻作用，最后油從軸承的兩端泄出寬徑比：軸瓦寬度與軸徑直徑之比B/d，是向心滑動軸承的重要參數(shù)153軸瓦及軸承襯材料 根據(jù)軸承的工作情況，要求軸瓦材料具備下述性能：摩擦系數(shù)小導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小耐磨、耐蝕、抗膠合能力強(qiáng)要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和可塑性 常用的軸瓦和軸承襯材料有：軸承合金：在錫和鉛的軟基體中加入銻、銅等合金顆粒。是最好的減磨材料。青銅：錫青銅、鉛青銅、鋁青銅，耐磨性與導(dǎo)熱性都優(yōu)于軸承合金，適用于較 高的溫度下工作，但它的可塑性差，不易跑合，與之相配的軸頸必須淬硬。具有特殊性能的軸承材料 用粉末冶金法（將金屬粉末高壓成

12、型后，高溫?zé)Y(jié)）做成的軸承，具有多孔性組織，孔隙內(nèi)可以儲存潤滑油，又稱為含油軸承。常用于加油不方便的場合。塑料軸承摩擦系數(shù)低，可塑性、跑合性好，耐磨、耐蝕。但導(dǎo)熱性差，易變形。 較常見的是用兩層不同金屬作成的軸瓦，在工藝上用澆鑄或壓合的方法，將薄層材料粘附在軸瓦基體上，粘附上去的薄層材料稱為軸承襯。154潤滑劑和潤滑裝置 潤滑劑 軸承潤滑的目的：降低摩擦功耗，減少磨損，同時還起到冷卻、吸振、防銹等 潤滑劑分為：液體潤滑劑潤滑油：應(yīng)用最廣，但易流失。半固體潤滑劑潤滑脂：不易流失。固體潤滑劑：用在特殊場合。潤滑油 粘度：表征液體流動的內(nèi)摩擦性能。動力粘度：液體流動時產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力或切應(yīng)力。 牛頓液

13、體內(nèi)摩擦定律：=du /dy u油層中任一點的速度；du /dy該點的速度梯度；比例系數(shù)，及液體的動力粘度 =dy /du 當(dāng)du/dy=1時，接觸液層間，單位面積上的內(nèi)摩擦力。運(yùn)動粘度：它等于動力粘度與液體密度的比值，即= /， 無物理意義，是我國潤滑油牌號的標(biāo)定值(表15-2)相對粘度（恩氏粘度） 粘度與溫度和壓力有關(guān)，溫度 粘度；壓力 粘度 。 選用潤滑油時，對于載荷大、溫度高的軸承宜選粘度大的油。 156 動壓潤滑的基本原理動壓潤滑的形成原理和條件：兩工作表面間必有楔形間隙； 兩工作表面間必須連續(xù)充滿潤滑油或其他粘 性流體；兩工作表面間必須有相對滑動速度，其運(yùn)動 方向必須保證潤滑油從大

14、截面流進(jìn)，從小截面流出。對于一定的載荷，必須使速度、粘度、油膜間隙匹配相當(dāng)。液體動壓潤滑的基本方程一維雷諾方程：它描述了兩平板間油膜壓力P的變化與潤滑油的動力粘度、相對滑動速度v及油膜厚度h之間的關(guān)系。動壓油膜：借助相對運(yùn)動而在軸承間隙中形 成的壓力油膜。滾動軸承滾動軸承的組成：滾動體：數(shù)量，形狀，大小直接影響滾動軸承的承載能力和使用性能。保持架：將滾動體沿軸承的圓周方向等距離的分布。內(nèi)圈、外圈:向心軸承；緊圈、松圈:推力軸承。滾動體與內(nèi)外圈的材料應(yīng)有高的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊韌性1 滾動軸承的基本類型和特點 公稱接觸角：簡稱接觸角，滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的

15、平面之間的夾角。軸承的受力分析和承載能力等都與接觸角有關(guān)。 接觸角越大，軸承承受軸向載荷的能力也越大。按照承受載荷的方向或公稱接觸角的不同，滾動軸承可分為：向心軸承：主要用于承受徑向載荷，其公稱接觸角從00到450推力軸承：主要用于承受軸向載荷，其公稱接觸角從450到900優(yōu)點：摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、潤滑簡便和易于互換。缺點：抗沖擊能力較差，高速時出現(xiàn)噪聲，工作壽命也不及液體摩擦的滑動軸承滾動軸承通常按其承受載荷的方向（或接觸角）和滾動體的形狀分類。常用軸承類型：深溝球軸承（60000）：承受徑向載荷及較小的軸向載荷。圓柱滾子軸承（N0000）：不能承受軸向載荷，滾動體是圓柱，與內(nèi)、外

16、圈是 線接觸。承載能力比6類軸承大。角接觸球軸承（70000）：存在接觸角?？梢猿惺茌^大的單方向軸向力。接觸 角越大，承受軸向載荷的能力越強(qiáng)。圓錐滾子軸承（30000）：滾動體是圓錐體承載能力比7類軸承大。 軸承類型的選擇：轉(zhuǎn)速高，負(fù)載小，要求旋轉(zhuǎn)精度較高時，選用球軸承(點接觸)； 轉(zhuǎn)速低，負(fù)載大，有沖擊時，選用滾子軸承（線接觸）。載荷以徑向力為主時，選用向心軸承； 徑向力和軸向力接近時，選用推力軸承； 軸向力比徑向力大得多時，選用推力軸承和向心球軸承組合。軸的剛度差，支點跨距大時，可選用調(diào)心軸承； 考慮價格，球軸承低于滾子軸承。 2 滾動軸承的代號我國滾動軸承的代號：基本代號:表示滾動軸承的

17、基本類型，包括類型代號表16-2 、尺寸系列代號（ 寬、高 度系列代號和直徑系列代號）表16-4、內(nèi)徑代號表16-5。前置代號：用字母表示成套軸承的分部件，參閱GB/T 272-93。后置代號：內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變、公差等級例：N 2 1 1 6 / P6x N 類型代號，圓柱滾子軸承； 2 寬度系列代號，2（寬）系列1 直徑系列代號，1（特輕）系列； 16 軸承內(nèi)徑，d =16 x 5=80mmP6x 公差等級6級，注：內(nèi)徑代號0003：內(nèi)徑代號0499： 軸承內(nèi)徑尺寸為數(shù)字x5。3 滾動軸承的選擇計算 失效形式 受力分析：內(nèi)、外圈及滾動體的接觸應(yīng)力可看作脈動循環(huán)應(yīng)力。 疲勞破壞（點蝕） 額定動載荷

18、Cr 表征軸承抵抗點蝕的能力。永久變形：在靜載荷或沖擊載荷的作用下發(fā)生過量塑性變形。額定靜載荷Cor 表征軸承抵抗永久變形的能力。 軸承的壽命額定壽命：一批相同的軸承，在相同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，90%的軸承在發(fā)生點蝕之前，所運(yùn)轉(zhuǎn)的時間或總轉(zhuǎn)數(shù)。可靠度：在預(yù)定使用壽命內(nèi)，系統(tǒng)或零件不出現(xiàn)失效的概率。 額定動載荷及壽命計算：基本額定動載荷C：當(dāng)基本額定壽命L= 1（106轉(zhuǎn)），R= 90 % 時，軸承所能承受的載荷。軸承的壽命與載荷的大小密切相關(guān)。 當(dāng)R= 90 %時，F(xiàn) L； 當(dāng)L=1（106轉(zhuǎn)）時，F(xiàn) R疲勞曲線方程：PL = 常數(shù) P 當(dāng)量動載荷，軸承實際載荷經(jīng)折算后的數(shù)值。 壽命指數(shù)。球軸承=3

19、；滾子軸承= 10 / 3 。在當(dāng)量動載荷P的作用下，軸承的實際壽命： PL = C1壽命用轉(zhuǎn)數(shù)表示： 引用修正系數(shù)后壽命用時間表示： 公式應(yīng)用類型：已知軸承型號，查出額定動載荷Cr，算出當(dāng)量動載荷P，即可求出軸承壽命L。估算預(yù)期壽命Lh（表16-11），算出當(dāng)量動載荷P，求出軸承實際動載荷C，查 表使CrC，即可確定出軸承的型號。當(dāng)量動載荷的計算當(dāng)量動載荷Pr：將實際載荷換算成與實驗條件相同的載荷。 Pr= X Fr + Y Fa （X、Y為折算系數(shù)） Fr 軸承的徑向載荷； Fa 軸承的軸向載荷； X 徑向動載荷系數(shù)； Y 軸向動載荷系數(shù)對于向心軸承：e與Fa / C0r 有關(guān)，表當(dāng) Fa

20、 / Fre ，由表查出X和Y的數(shù)值。當(dāng) Fa / Fre ，軸向力可忽略，Y=0，X=1。角接觸向心軸承的軸向力計算（3、7類 ）內(nèi)部軸向力的計算內(nèi)部軸向力F：各滾動體上所受軸向分力和，作用在軸承寬度的中點。F的大?。号c徑向力的大小有關(guān)。表16-13 F的方向：平行于軸線。軸承外圈固定，在徑向力的作用下，內(nèi)圈能沿外圈相 對移動的方向。(大開口的方向) 角接觸軸承一般成對使用： 正裝（外圈窄邊相對）、反裝（外圈寬邊相對） 角接觸向心軸承總軸向力的計算（反裝） 設(shè)FA+ F2 F1 ，合力方向 ；軸有向右移動的趨勢，軸承1為壓緊端。 軸承1所受總軸向力：Fa1 = FA + F2 軸承2所受總軸

21、向力：Fa2 = F2設(shè)FA+ F2 F1，合力方向 ；軸有向左移動的趨勢，軸承2為壓緊端. 軸承2所受總軸向力：Fa2 = F1- FA 軸承1所受總軸向力：Fa1 = F1計算角接觸軸承總軸向力的方法： 判明軸上全部軸向力（外載荷及內(nèi)部軸向力）合力的指向，確定“壓緊”端和 “放松”端軸承。 壓緊”端軸承的軸向力等于除本身內(nèi)部軸向力外，其他所有軸向力的代數(shù)和?！胺潘伞倍溯S承的軸向力等于它本身的內(nèi)部軸向力。例題 已知：FA1= 3KN,FA2 = 8KN,F1 = 4KN,F 2 = 6.5KN；求：Fa1 、Fa2 解：F1+ FA2 F2+ FA1 軸系的合力方向向右軸承2為“壓緊”端。

22、Fa2 = F1+ FA2 - FA1= 4 + 8 3 = 9 KN Fa1 = F1 = 4 KN滾動軸承載荷的計算步驟：計算徑向力Fr。由軸的受力，求出軸承處的支 反力。若支反力為分解求出，則應(yīng)將其中的支 反力合成，才是軸承所受徑向力。計算軸向力Fa 6類：Fa = FA； 3、7類：Fa（FA、F1、F2）， F(表16-13)計算當(dāng)量動載荷Pr。已知軸承型號。計算出軸承的Fa 、Fr.查出C0r 12.3Fa / C0r e Fa / Fr X、Y Pr Lh軸承型號未知。試選Fa / C0r e Fa / Fr X、Y Pr C，由CCr確定軸承型號。查出所選軸承的C0r，驗算實際

23、Fa / C0r與試選是否相近。如需要,計算當(dāng)量靜載荷P0r。 4 滾動軸承的潤滑和密封潤滑的目的：減小摩擦與減輕磨損。密封的目的：防止灰塵、水分等進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┑牧魇?。滾動軸承的潤滑潤滑脂：dn(1.52)x105 mm.r/min時一般采用此潤滑劑。d軸承內(nèi)徑（mm）；n軸承套圈的轉(zhuǎn)速（rmin）潤滑油：當(dāng)超出上述范圍時，采用潤滑油潤滑。滾動軸承的密封：接觸式密封和非接觸式密封。表16-4常用密封形式：密封圈密封、毛氈密封、迷宮式密封、機(jī)械密封。 5 滾動軸承的組合設(shè)計 滾動軸承的組合設(shè)計：解決軸承的軸向位置固定、軸承與其他零件的配合、間隙調(diào)整、裝拆和潤滑密封等。軸承的固定兩端固定

24、：兩端的軸承，各限制軸系一個方向的軸向移動。 一端固定，一端游動：一端軸承限制兩個方向的軸向移動。 固定端：承受兩個方向的軸向力。 游動端：軸承不受軸向力，只受徑向力，沿軸線方向可以游動。軸承組合的調(diào)整 軸承間隙的調(diào)整：墊片調(diào)整：墊片厚度0.11mm，屬有級調(diào)整。(圖16-16)螺釘壓蓋調(diào)整：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整方便，屬無級調(diào)整。軸承的預(yù)緊：增加支承系統(tǒng)的剛性，提高旋轉(zhuǎn)精度，減少振動和噪聲。 方法：施加一預(yù)緊力，使軸承的內(nèi)、外圈之間處于壓緊狀態(tài)，產(chǎn)生一定的彈性預(yù)變形。副作用是增加摩擦，溫度升高。軸承組合位置的調(diào)整：使軸上零件有準(zhǔn)確的工作位置。（圖1616） 滾動軸承的配合軸承的裝拆：拆卸軸承時，要將力作用于內(nèi)圈。 軸承手冊中查內(nèi)、外圈安裝尺寸。 軸承內(nèi)圈孔與軸采用基孔制， 軸承外圈與軸承座孔采用基軸制。一般情況下，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動選較緊配合，外圈選較松配合。載荷：重載，選用較緊的配合，反之配合較松。溫度：溫度升高時，內(nèi)圈應(yīng)選較緊配合，外圈應(yīng)選較松配合。旋轉(zhuǎn)精度：旋轉(zhuǎn)精度要求較高時，應(yīng)選較緊配合。裝拆方便：經(jīng)常拆卸