完整的軸承選型計算方法

第七章軸承設(shè)計按摩擦性質(zhì)分：滑動軸承和滾動軸承按承載方向分：向心軸承和推力軸承軸承的作用是支承軸。軸在工作時可以是旋轉(zhuǎn)的，也可以是靜止的。1．能承擔一定的載荷，具有一定的強度和剛度。2．具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動靈活。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)滿足如下根本要求：二、軸承分類：1精品課件7-1.滑動軸承概述一、滑動軸承的主要特點：●工作平穩(wěn)，無噪聲；●回轉(zhuǎn)精度高；●液體潤滑時摩擦損失??；●徑向尺寸小。二、滑動軸承的摩擦狀態(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)。摩擦外表無潤滑劑，功率損失嚴重，磨損加劇，溫升高，軸瓦易破壞。●承載能力高。2精品課件2、邊界摩擦狀態(tài)摩擦外表間有潤滑油存在，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)。非液體摩擦滑動軸承液體摩擦滑動軸承3精品課件常用潤滑劑：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，也可單獨使用。1、潤滑油的性能及選擇粘度—表征了流動的液體中內(nèi)摩擦阻力的大小。是最重要的性能指標，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外表的吸附性能。油性好那么摩擦系數(shù)小。4精品課件潤滑油的選擇原那么：凝點—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—反映潤滑油的高溫工作性能。●壓力大或在沖擊、變載條件下工作，應(yīng)選粘度高的油；●速度高時，應(yīng)選粘度低的油，以減少摩擦損失；●工作溫度高時，應(yīng)選粘度高的油，因粘度會隨溫度升高而下降。2、潤滑脂的性能及選擇滴點—表征潤滑脂耐高溫的性能。潤滑脂的選擇原那么：●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，那么應(yīng)選鋰基潤滑脂。5精品課件四、滑動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：自動調(diào)心式軸承)剖分軸承摩擦狀態(tài)液體摩擦(長期運轉(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壓軸承靜壓軸承6精品課件1.徑向滑動軸承(1)整體式滑動軸承特點：結(jié)構(gòu)簡單，本錢低廉。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。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。7精品課件(2)剖分式滑動軸承特點：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器中。局部式軸承(整體軸套)對開式軸承(剖分軸套)(3)自動調(diào)心滑動軸承(4)間隙可調(diào)式滑動軸承8精品課件2.推力滑動軸承推力滑動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：材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動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)有足夠的強度和抗腐蝕能力、良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟性。磨合性：軸瓦與軸頸外表經(jīng)短期輕載運行后，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。—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?！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p：高速重載且潤滑不良時，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)計準那么§7-4非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計2、膠合目的—防止軸瓦過度磨損。BdFr—向心滑動軸承

平均壓強：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↑潤滑效果↓膠合→→→→d1d0Fak－考慮油槽使支承面積減小。推力滑動軸承—向心軸承nz－推力環(huán)的數(shù)目13精品課件3、限制滑動速度

v：目的—防止滑動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)計步驟確定軸承結(jié)構(gòu)形式確定軸承寬度B和直徑d驗算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14精品課件7.5液體摩擦滑動軸承的工作原理一、動壓油膜的形成機理vF兩摩擦外表平行，不會產(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)的潤滑油形成了擁擠進油口出油口二、形成動壓油膜的必要條件●兩摩擦外表必須形成楔形間隙●潤滑油必須從大口進小口出●必須具有足夠的滑動速度●必須充滿足夠粘度的潤滑油15精品課件三、向心動壓滑動軸承的工作過程no1oo1oo1oo1onn靜止啟動不穩(wěn)定運行穩(wěn)定運行FrFrFrFr16精品課件●多油楔滑動軸承其他滑動軸承●靜壓滑動軸承●氣體軸承17精品課件8-1.滾動軸承的特點及類型滾動軸承的主要特點：滾動軸承是標準件，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問題：1、如何選擇滾動軸承的類型；2、滾動軸承的壽命計算；●摩擦阻尼小(相對于非液體摩擦滑動軸承)，啟動靈活；●可同時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。缺點：●抗沖擊能力較差；●高速時噪聲大，壽命較低；●徑向尺寸大。18精品課件滾動軸承的組成滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成。內(nèi)圈裝在軸徑上，與軸一起轉(zhuǎn)動。外圈裝在機座的軸承孔內(nèi)，一般不轉(zhuǎn)動。內(nèi)外圈上設(shè)置有滾道，當內(nèi)外圈之間相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體沿著滾道滾動。保持架使?jié)L動體均勻分布在滾道上，減少滾動體之間的碰撞和磨損。19精品課件滾動軸承的主要類型：1、按承載方向和公稱接觸角分為：滾動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、按滾動體的種類可分為：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個級別，依次由高級到低級，其代號分別為：/P2、/P4、/P5、/P6〔/P6x〕和/P0。31精品課件3,滾動軸承類型的選擇(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，可用深溝球軸承載荷小或沖擊小－選球軸承〔點接觸〕；(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支承——選調(diào)心軸承〔“1〞類或“2〞類〕；§11-5滾動軸承的壽命計算一、滾動軸承的載荷分析各滾動體上的受力情況如何？FaQiQj當軸承僅受到純軸向力

Fa

作用時：載荷由各滾動體平均分擔，即：Qi

＝Qj

33精品課件當軸承僅受到純徑向力

Fr

作用時：接觸點產(chǎn)生彈性變形，內(nèi)圈下沉δ，F(xiàn)rδQ2QmaxQ1Q2Q1最多只有半圈滾動體受載。承載區(qū)各滾動體的變形量不同，受載大小也不同。對于點接觸軸承：對于線接觸軸承：滾動體與套圈滾道接觸點的接觸應(yīng)力是變應(yīng)力，因此：可看成脈動循環(huán)變應(yīng)力。全部滾動體個數(shù)34精品課件滾動體外表、套圈滾道都可能發(fā)生點蝕。二、滾動軸承的失效形式1、疲勞點蝕——最主要的失效形式防止點蝕破壞，是計算滾動軸承的主要目的。接觸應(yīng)力過大，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大或沖擊載荷作用。3、磨損、膠合、保持架斷裂等使用維護不當而引起的，屬于非正常失效。35精品課件三、設(shè)計準那么一般轉(zhuǎn)速的軸承轉(zhuǎn)速極低或僅作緩慢擺動的軸承—進行壽命計算，防止點蝕破壞—按靜強度計算，防止塑性變形四,滾動軸承的壽命計算公式(一)、根本概念●軸承壽命軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(shù)。36精品課件●根本額定壽命一批相同的軸承，在相同的條件下運轉(zhuǎn)，其中90％的軸承不發(fā)生疲勞點蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或總工作小時數(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~定動載荷規(guī)定軸承在根本額定壽命L10為106轉(zhuǎn)時，所能承受的最大載荷，用C表示。即：在C的作用下，運轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)時，有10％的軸承出現(xiàn)點蝕，90％的軸承完好。37精品課件額定動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)、壽命計算目的—根據(jù)工作條件和設(shè)計要求，選擇適宜的軸承尺寸。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為當量動載荷；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載荷，稱為徑向根本額定動載荷。Ca－推力軸承的根本額定動載荷，稱為軸向根本額定動載荷。38精品課件所以：實際計算時，常用小時數(shù)表示軸承的額定壽命：軸承的轉(zhuǎn)速或：－軸承的C以及P，計算額定壽命－根據(jù)預(yù)期壽命Lh′以及P，計算所需的C′

當工作溫度高于120℃時，C值會下降，用溫度系數(shù)ft修正：預(yù)期壽命當載荷為額定動載荷C時：所需額定動載荷或：39精品課件壽命計算時，應(yīng)滿足：(三)、當量動載荷P

的計算計算壽命預(yù)期壽命或：所選軸承的額定動載荷所需的額定動載荷對于向心軸承，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在相同的條件下進行比較，引入當量動載荷的概念。當量動載荷：一假想載荷，與C同類型，它對軸承的作用與實際載荷的作用等效。用P表示。計算式：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

折合成當量動載荷。實際工作條件下，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：41精品課件(四)、向心角接觸軸承軸向載荷

Fa

的計算1、角接觸軸承的派生軸向力SSFrQiRiSi軸承徑向載荷

Fr的計算見軸系受力分析，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，會產(chǎn)生派生軸向分力S。OO

－支反力作用點，即法線與軸線的交點。α表8-9給出了S

的近似計算方法。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。●反裝－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。正裝時跨距短，軸剛度大；反裝時跨距長，軸剛度小；問題：兩個角接觸軸承朝一個方向布置行嗎？為簡化計算，認為支反力作用于軸承寬度的中點。FAS1S2FAS1S243精品課件44精品課件3、角接觸軸承的軸向載荷Fa當外載既有徑向載荷又有軸向載荷時，角接觸軸承的軸向載荷

Fa

＝？要同時考慮軸向外載

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：●假設(shè)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，會產(chǎn)生反力S1′，而右軸承被放松，即：〔壓緊端〕〔放松端〕合力