《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》CHAP13軸承解析

21、了解滑動(dòng)軸承的用途、分類、典型結(jié)構(gòu)；理解滑動(dòng)軸承的失效形式；掌握不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算；2、了解滾動(dòng)軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及代號(hào)，了解軸承套圈及滾動(dòng)體上載荷分布及應(yīng)力的變化，了解滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則；理解基本額定壽命、基本額定動(dòng)載荷及當(dāng)量動(dòng)載荷，掌握滾動(dòng)軸承基本額定壽命的計(jì)算方法，理解滾動(dòng)軸承的基本額定靜載荷的計(jì)算；了解滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)，了解軸承的配置、固定、配合、預(yù)緊和1、滑動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu)、軸瓦材料、失效形式2、不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算3、滾動(dòng)軸承基本額定壽命、基本額定動(dòng)載荷及當(dāng)量動(dòng)載荷4、滾動(dòng)軸承基本額定壽命的計(jì)算難點(diǎn)：滾動(dòng)軸承基本額定壽命、基本額定動(dòng)載荷及當(dāng)量動(dòng)載荷、壽命的計(jì)算教學(xué)方法：課堂講授，多媒體動(dòng)畫(huà)2軸承是機(jī)器中的重要零件之一?！τ谩С休S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?！瑒?dòng)軸承的特點(diǎn)與應(yīng)用：與滾動(dòng)軸承相比l)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(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法；5)計(jì)算軸承工作能力。摩擦——是指在外力作用下，一物體相對(duì)另一物體運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在其接觸表面間所產(chǎn)生切向阻力(摩擦力)的現(xiàn)象。根據(jù)兩表面之間有油、無(wú)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(duì)滑動(dòng)軸承是不允許出現(xiàn)干摩擦的?！吔缒Σ吝吔缬湍ず鼙。话悖?m，不足以把粗糙的金屬表面完全隔開(kāi)?！后w摩擦是一種比較理想的工作狀態(tài)——混合摩擦狀態(tài)一、滑動(dòng)軸承的類型按照承受載荷的方向分：——徑向軸承——推力軸承——推力軸承按摩擦狀態(tài)分：液體靜壓潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承——非液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承如圖所示是一種常見(jiàn)的整體式徑向滑動(dòng)軸承。整體式軸承構(gòu)造簡(jiǎn)單，常用于低速、載荷不大的間歇工作的機(jī)器上。l)當(dāng)滑動(dòng)表面磨損而間隙過(guò)大時(shí)，無(wú)法調(diào)整軸承間隙；2)軸頸只能從端部裝入，對(duì)于粗重的軸或具有中軸頸的軸安裝不便。軸承如圖所示的剖分式軸承，其結(jié)構(gòu)組成為——軸承座——軸承蓋頂部有油孔——剖分軸瓦瓦上有油孔、油溝——軸承蓋與軸承座用螺柱聯(lián)接。油溝型式——軸瓦寬度與軸頸直徑之比B/d稱為寬徑比，它是向心滑動(dòng)軸承的重要參數(shù)之一。對(duì)于液體摩擦滑動(dòng)軸承，常取B/d=0.5~1對(duì)于非液體摩擦滑動(dòng)軸承，常取B/d=0.8~1.5常見(jiàn)的推力軸承止推面的形狀如圖所示。軸瓦是滑動(dòng)軸承中的重要零件。軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為軸承材料。根據(jù)滑動(dòng)軸承的工作情況，其主要失效形式為：——磨損——疲勞損壞——軸承襯脫落鑒于以上原因，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(qiáng)4)具有良好的塑性、嵌藏性5)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度等粉末冶金材料非金屬材料橡膠軸承塑料軸承▲潤(rùn)滑劑的種類：液體潤(rùn)滑劑——潤(rùn)滑油半固體潤(rùn)滑劑——潤(rùn)滑脂固體潤(rùn)滑劑——如石墨、二硫化鉬等據(jù)。粘度表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦性能。如圖所示為被潤(rùn)滑油如圖所示為被潤(rùn)滑油分開(kāi)的兩平行平板，當(dāng)力F拖動(dòng)上平板且潤(rùn)滑油作層流流動(dòng)時(shí)，油層間的切應(yīng)力τ與其速度梯度成正(牛頓液體流動(dòng)定η——比例常數(shù)，即液體的(動(dòng)力)粘度。負(fù)號(hào)意即速度u隨距離y的增加而減小。▲動(dòng)力粘度的單位如圖所示為長(zhǎng)、寬、高各為lm的液體，當(dāng)上、下平面發(fā)生1m／s相對(duì)速度需要的切工業(yè)上常用動(dòng)力粘度與與同溫度下該液體密度ρ的比值表示粘度，稱之為運(yùn)動(dòng)粘度ν即——礦物油密度ρ=850kg／m3~900kg／m3?！扯葐挝粨Q算單位是P(泊)▲溫度和壓力對(duì)潤(rùn)滑油粘度的影響——粘度隨著溫度的升高而降低。幾種工業(yè)用潤(rùn)滑油在不同溫度下的動(dòng)力粘度可查圖或手冊(cè)。——粘度隨著壓力的增大而升高。5N/mm2~100N/mm2壓力對(duì)粘度具有一定影響——載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的潤(rùn)滑油?！d荷小、速度高的軸承，宜選用粘度小的潤(rùn)滑油?！鴿?rùn)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(duì)一般參數(shù)的機(jī)器，特別是低速或帶有沖擊的機(jī)器，都可以使用潤(rùn)滑脂。鈣基潤(rùn)滑脂鈉基潤(rùn)滑脂鋰基潤(rùn)滑脂墨二硫化鉬(MoS2)固體潤(rùn)滑劑一般在超出潤(rùn)滑油使用范圍才考慮使用，如——在高溫介質(zhì)中——在低速重載下潤(rùn)滑油的供給方法：間歇供油連續(xù)供油潤(rùn)滑脂的供給方法：潤(rùn)滑脂只能間歇供應(yīng)。潤(rùn)滑脂的供給方法：潤(rùn)滑脂只能間歇供應(yīng)?！獫?rùn)滑杯(黃油杯)，應(yīng)用最廣的脂潤(rùn)滑裝置。——保持架▲滾動(dòng)軸承——保持架▲滾動(dòng)軸承的材料設(shè)計(jì)依據(jù)——維持邊界油膜不發(fā)生破裂為基本要求。條件性計(jì)算1、軸承的平均壓強(qiáng)(單位面積上的壓力)p≤[p]目的：為了使軸承不產(chǎn)生過(guò)度磨損pv≤[pv]承的溫升▲滾動(dòng)軸承的構(gòu)造▲滾動(dòng)軸承的構(gòu)造典型的滾動(dòng)軸承構(gòu)造如圖，由四部分組成——外圈——滾動(dòng)體(滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體用強(qiáng)度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造。nG淬火后硬度應(yīng)不低于61~65HRC，工作表面要求磨削拋光。低碳鋼板、鋁合金、酚醛層壓布板、工程塑料等▲滾動(dòng)軸承的優(yōu)缺點(diǎn)(與滑動(dòng)軸承比較)▲滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)內(nèi)容由于滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，其材料、尺寸、型號(hào)等都已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，同時(shí)考慮到軸承的安裝、布置、調(diào)整、預(yù)緊、固定、配合、潤(rùn)滑、密封、軸的支承剛度等因素。個(gè)方面的內(nèi)容：滾動(dòng)軸承的選擇設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)一、滾動(dòng)軸承的分類▲按軸承承受載荷的方向分——推力角接觸軸承▲按滾▲按滾動(dòng)體形狀分——球軸承滾子軸承▲按滾動(dòng)體列數(shù)(排數(shù))分——單列雙列二、滾動(dòng)軸承的基本類型、性能和特點(diǎn)▲基本概念1)游隙：滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈滾道之間的間隙角α——滾動(dòng)體與外拳滾道接觸點(diǎn)的法線與徑向平面間的夾角3)角偏差θ角接觸球軸承角接觸滾子軸承推力球軸承由于軸承內(nèi)圈軸線與外圈軸線不重合，發(fā)生相對(duì)傾斜的現(xiàn)象稱為角偏差，其夾角稱——軸承座孔不平行——軸承座孔不同軸——軸的彎曲變形▲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)心軸承指軸承在一定的載荷及潤(rùn)滑條件下，軸承所允許的最大工作轉(zhuǎn)速?！Ｓ脻L動(dòng)軸承的類型名稱、性能和特點(diǎn)型代號(hào)軸承名稱標(biāo)準(zhǔn)號(hào)性能特點(diǎn)轉(zhuǎn)速比角偏差中主要承受徑向載荷，也能承受不大的雙向軸向載荷GB281子，000有較高承載能力。低1°~2．5°允許角偏斜小于調(diào)心球軸承22’2’向軸向載荷，0承載能力大。內(nèi)、外圈可分離，安裝中時(shí)可調(diào)整游隙。成對(duì)使用。允許角偏斜較小只能受單向軸向載荷回轉(zhuǎn)時(shí)，因鋼球離心力與保持架0摩擦發(fā)熱，故極限轉(zhuǎn)速較低。套圖可低≈0°離0其他同推力球軸承低≈0°結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。主要受徑向載荷，也可承受一定的雙向軸向載荷。6高速裝置中可代替推力軸承。高8’~16’(0)應(yīng)用范圍最廣GB2762能同時(shí)受徑向載荷和單向軸向載78(9)三種，軸向承載能力隨接觸角增大而提高。需成對(duì)使用.GB4221能承受較大單向軸向載荷，軸向剛度高。極限轉(zhuǎn)速低，不允許軸與外有傾斜高低2’~10’受較大的徑向載荷。N(2)不能受軸向載荷。滾子與套圈間是線高接觸，只允許有很小角位移2’~4’滾針軸承NA0000低載能力大，徑向尺寸特小不允許▲滾動(dòng)軸承類型的選擇選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)，可根據(jù)軸承的工作載荷(大小、性質(zhì)、方向)、轉(zhuǎn)速的高低、軸他使用要求進(jìn)行選擇。▲為了便于組織生產(chǎn)和選擇使用，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT272—93規(guī)定的軸承代號(hào)由三部分組代號(hào)是軸承代號(hào)的核心；——前置代號(hào)和后置代號(hào)都是軸承代號(hào)的補(bǔ)充，只有在遇到對(duì)軸承結(jié)構(gòu)、形狀、材料、公差等級(jí)、技術(shù)要求等有特殊要求時(shí)才使用，一般情況的可部分或全部省略。一、基本代號(hào)表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，包括三項(xiàng)內(nèi)容：X類型代號(hào)尺寸系列代號(hào)——類型代號(hào)：用數(shù)字或字母表示不同類型的軸承；——尺寸系列代號(hào)：由兩位數(shù)字組成；三、后置代號(hào)：用字母(或加數(shù)字)表示22密封、防塵與外部形狀3保持架及其材料14軸承材料5級(jí)6游隙7配置8他滾動(dòng)軸承在中心軸向載荷的作用下，可認(rèn)為載荷由各滾動(dòng)體平均分擔(dān)；滾動(dòng)軸承在純徑向載荷作用下，受載最大的滾動(dòng)體的載荷為：2滾動(dòng)軸承的失效形式1)疲勞破壞2)永久變形3)磨損等。滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則1)對(duì)于一般工作條件下轉(zhuǎn)動(dòng)軸承——壽命計(jì)算——靜強(qiáng)度計(jì)算2)對(duì)于轉(zhuǎn)速較低的或作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸承——靜強(qiáng)度計(jì)算3)對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的軸承——除要作上述計(jì)算外，還應(yīng)作極限轉(zhuǎn)速的計(jì)算二、滾動(dòng)軸承壽命滾動(dòng)軸承的壽命——指滾動(dòng)軸承工作時(shí)，任一元件發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前，軸承轉(zhuǎn)過(guò)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)數(shù)下的工作小時(shí)數(shù)。滾動(dòng)軸承的基本額定壽命——指一批相同的軸承，在同樣的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)有10％的小時(shí)數(shù)。用L表示。10滾動(dòng)軸承基本額定動(dòng)載荷——基本額定壽命為一百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承所能承受的恒定載荷取或或h式中ε——壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承ε=3對(duì)于滾子軸承ε=10/3C基本額定動(dòng)載荷C有所降低，引進(jìn)溫度修正系數(shù)f；考慮工作中的沖擊和振動(dòng)會(huì)使軸承壽命降低，引進(jìn)載荷修正系數(shù)f。TP經(jīng)過(guò)修正后滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算公式為L(zhǎng)h=T|hP三、滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷——當(dāng)量動(dòng)載荷是一個(gè)假想的載荷——在當(dāng)量動(dòng)載荷作用下，軸承壽命與實(shí)際載荷作用下軸承的壽命相同。對(duì)于向心軸承只承受徑向載荷時(shí)P＝Fr對(duì)于推力軸承(α＝90°)只承受軸向載荷時(shí)P＝Fr對(duì)于能夠承受徑向和軸向載荷的向心軸承、角接觸軸承為四、角接觸軸承軸向載荷的計(jì)算角接觸軸承在計(jì)算支反力時(shí)，首先要確定載荷作用中心O，它的位置應(yīng)為各滾動(dòng)體的載荷矢量與軸中心線的交點(diǎn)，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)部軸向力由于角接觸軸承在結(jié)構(gòu)上存在著接觸角α，當(dāng)它承受徑向載荷F時(shí)，承載區(qū)內(nèi)各滾動(dòng)體r上法向力在軸向方向分力的合力稱為內(nèi)部軸向力，用F表示。SS為了使內(nèi)部軸向力得到平衡，通常角接觸軸承都要成對(duì)使用，對(duì)稱安裝。安裝方式有正裝和反裝兩種，如下圖所示。3、軸向3、軸向載荷的計(jì)算軸向載荷的計(jì)算需根據(jù)具體情況由力的平衡關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。如圖所示，一對(duì)角接觸軸承如圖所示，一對(duì)角接觸軸承采用正裝支承，F(xiàn)R——為作用于軸上的徑向載荷；FA——為作用于軸上的和軸向載荷；Fr1、Fr2——為兩軸承的徑向支反力；Fs1、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?！绻鸉s1＋FA＞Fs2“壓緊”——如果“放松”Fal＝Fs1Fs1十FA＜Fs2Fal＝Fs2－FAFa2＝Fs1＋FAFa2==Fs2一、滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑潤(rùn)滑的目的：降低摩擦阻力和減輕磨損；吸振、冷卻；防銹等?！鴿?rùn)滑劑：潤(rùn)滑油潤(rùn)滑脂▲潤(rùn)滑方式d——軸頸直徑mm；n——軸的的轉(zhuǎn)速r/min當(dāng)dn＞(1.5~2)×105——油潤(rùn)滑：浸油潤(rùn)滑，油面高度不超過(guò)最低滾動(dòng)體中心潤(rùn)滑噴油或噴霧潤(rùn)滑，適合于高速軸承某些特殊環(huán)境如高溫和真空條件下采用固體潤(rùn)滑劑。密封目的：阻止?jié)櫥瑒┑牧魇В环乐雇饨缁覊m、水分等侵入軸承。密封裝置的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)見(jiàn)下表第六第六講為保證軸承正常工作，除正確選擇軸承類型和尺寸外，還應(yīng)正確進(jìn)行軸承的組合設(shè)計(jì)，列幾方面的問(wèn)題：11)軸承的軸向位置固定；2)軸承與其他零件的配合；4)軸承間隙的調(diào)整；5)軸承的安裝與拆卸；6)軸承的潤(rùn)滑與密封等。適用條件：普通工作溫度下的較短軸為允許軸工作時(shí)有少量熱膨脹，軸承安裝時(shí)，端蓋與軸承端面間應(yīng)留有0．2~0．3mm的軸向間隙，間隙量常用墊片或調(diào)整螺釘調(diào)節(jié)。2、一端固定、一端游動(dòng)適用條件：軸較長(zhǎng)、工作溫度較高的場(chǎng)合。二、軸承組合的調(diào)整隙的調(diào)整(1)調(diào)整軸承端蓋與機(jī)座間墊片的厚度(2)通過(guò)螺釘調(diào)整軸承外圈壓蓋的位置2、軸承的預(yù)緊對(duì)于某些可調(diào)游隙式軸承，在安裝時(shí)給予一定的軸向壓緊力(預(yù)緊力)，使軸承內(nèi)外圈旋轉(zhuǎn)精度和支承剛度，這種方法稱為預(yù)緊