机械设计基础轴承分解ppt课件.ppt

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1、滑动轴承概述1,轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。,1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。,2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。,3具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。,根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。,一、轴承应满足如下基本要求：,二、轴承的分类,根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。,根据润滑状态，滑动轴承可分为：不完全液体润滑滑动轴承，完全液体润滑滑动轴承。,第十章 轴承,标准件、专门轴承厂生产，成本低；只需选型、校核寿命和组合设计。,101 滚动轴承的特点及结构,根据滚动摩擦原理工作的，具有摩擦系数小、启

2、动力矩小利于在负载下启动，效率高；旋转精度高。缺点是承受冲击载荷的能力差，高速运转时易产生噪声，使用寿命较低。,一、构造,核心元件：滑动滚动,使滚动体等距离分布，滚动体间的摩擦、磨损。,滚子轴承：圆柱、圆锥、球面滚子、滚针线接触,保持架,外圈,滚动体,10-2 滚动轴承的主要类型及其选择,一、滚动轴承主要类型、性能及特点,(一). 滚动轴承的分类,1.按滚动体分：,球轴承滚子轴承,承载能力不如滚子轴承，但价格相对便宜,圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、滚针,2.按承受载荷分：,向心轴承主要承受径向载荷深沟球轴承(6);圆柱滚子轴承(N)；调心球轴承(1),推力轴承只能承受轴向载荷推力球轴承(5),

3、向心推力轴承同时承受径向载荷和轴向载荷角接触球轴承(7);圆锥滚子轴承(3),向心轴承,推力轴承,向心推力轴承,Fr,Fa,接触角滚动体与外圈滚道接触点(线)处的法线与轴承半径方向的夹角，称为滚动轴承的接触角。,滚动轴承接触角,滚动体与外圈（或松圈）滚道接触点的法线与轴承径向平面的夹角，称为滚动轴承的公称接触角。接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力越强。,几种滚动轴承的公称接触角, 0,045,45 90, 90,法线与轴承轴心线的交点称为压力中心；作用于轴承上的负荷和轴承的约束力都通过压力中心。支承轴的两个轴承的压力中心之间的距离称为轴的跨距。,向心轴承,向心推力轴承,推力调心滚子轴承,推力球

4、轴承,O,3.最常用的几种滚动轴承,用于承受径向载荷，一般不宜承受轴向载荷。外圈滚道为球面，具有自动调心性能，内外圈轴线相对偏斜23，适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴以及难于精确对中的支承。,（1）调心球轴承 1类,（2）圆锥滚子轴承 3类,能承受较大的径向载荷和轴向载荷。 内外圈可分离，故轴承游隙可在安装时调整，通常成对使用，对称安装。适用于转速不太高、轴的刚性较好场合 ；=100180以及=270300,（3）推力球轴承 5类,单向推力球轴承只能承受单向轴向载荷，两个套圈的内孔不一样大，内径较小的是紧圈，与轴配合，内孔较大的是松圈，与机座固定在一起。极限转速较低，适用于轴向力大而转速较低的场

5、合。,（4）深沟球轴承 6类,主要承受径向载荷，也可同时承受少量轴向载荷，工作时内外圈轴线允许偏斜816。 摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广泛。但承受冲击载荷能力较差。适用于高速场合，在高速时，可能来代替推力球轴承。,（5）角接触球轴承 7类,能同时承受径向载荷与轴向载荷，公称接触角有15、25、40三种。越大，轴向承载能力也越大。通常成对使用，对称安装。极限转速较高。适用于转速较高、 同时承受径向和轴向载荷的场合。,1、滚动轴承选择的一般过程,根据载荷性质选择轴承的类型和尺寸系列；,按轴径确定轴承内径；,有无严格要求：若有则校核承载能力； 若无则不用校核。,二、 滚动轴承

6、的类型选择,2、滚动轴承选择应考虑的问题,1)轴承的载荷,载荷方向：,向心轴承用于承受径向力；,向心推力轴承用于承受径向力和轴向力的联合作用；,推力轴承用于承受轴向力。,载荷大小：,在同样外形尺寸下，滚子轴承的承载能力大于球轴承。一般：滚子轴承(1.53)球轴承,所以，大载荷、有冲击采用滚子轴承。,2)轴承转速,温度升高,润滑失效,滚动体回火或胶合,极限转速：滚动轴承在一定载荷与润滑条件下允许的最高转速。,选用原则：,（1)球轴承比滚子轴承的极限转速高，应优先选用球轴承；,转速过高,（2)推力轴承的极限转速很低。,3)、轴刚度差、挠曲变形大、座孔不平行、不同轴、多支点轴： 调心轴承。,4)、轴

7、承装拆、调整方便：内、外圈可分离型(如3类)。,5)、经济性：球轴承比滚子轴承便宜。精度价；,前置代号表示轴承的分部件。,基本代号表示轴承的类型与尺寸等主要特征。,后置代号表示轴承的精度与材料等的特征。,代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，由GB/T272规定。,10-3滚动轴承的代号,(1)基本代号 内径代号 表示轴承公称内径的大小，内径代号用基本代号右起的第1、2两位数字表示。, 尺寸系列代号,尺寸系列：指内径相同时，轴承有不同的外径（直径系列）和不同的宽度（宽度系列）。,(2)后置代号,内部结构代号 表示同一类型轴承的不同内部结构，用字母紧跟着基本代号表示。,公差等级代号 轴

8、承的公差等级分为 6 个级别，依次由高级到低级。 2 级 / P2 4 级 / P4 5 级 / P5 6 级 / P6 6x 级 / P6x 仅适用于圆锥滚子轴承 0 级 / P0 普通级，最常用，不标出,游隙代号 轴承径向游隙系列分为 6 个组别，游隙依次由小到大 。 1 组 / C1 2 组 / C2 0 组 常用的游隙组别，不标出 3 组 / C3 4 组 / C4 5 组 / C5,公差等级代号与游隙代号同时表示时，可进行简化，取公差等级代号加上游隙组号组合表示，如/P63。,注：滚动轴承代号比较复杂，上述代号仅为最常用的、最有规律的部分。具体应用时，若遇到看不懂的代号时，应查阅GB

9、/T272-93。,10-4滚动轴承的工作情况,一、 轴承工作时元件上的载荷分布,当轴承受纯径向载荷Fr作用时，通常只有半圈滚动体受载 。,- 处于Fr作用线最下方位置的滚动体承载最大(Fmax)，而远离作用线的各滚动体，其承载就逐渐减小。,上半圈滚动体不受力 非承载区,下半圈滚动体受力 承载区,- 滚动体弹性变形使内圈下移。承载区内各滚动体的法向变形量各不相同，因而作用力相应也不同。,二、轴承工作时轴承元件上载荷与应力的变化,内圈或滚动体上某一点H的变化规律。,H,t,外圈上某一点H的变化规律。,均为脉动循环。,三、 失效形式及计算准则：,疲劳点蚀:是主要的失效形式。滚动轴承受载后，滚动体与

10、套圈间产生脉动循环变化的接触应力。塑性变形：对于转速很低或间歇摆动的轴承，会因静负荷或冲击载荷，使滚动体或内、外圈滚道产生不均匀塑性变形，形成不均匀的凹坑。 从而使轴承在运转中产生剧烈振动和噪声，以致轴承不能正常工作。磨粒磨损、粘着磨损（胶合）：多尘条件下工作的轴承，易产生磨粒磨损。润滑不良的高速轴承，易产生粘着磨损（胶合） 。,设计准则：,一般转速(n10r/min)轴承疲劳寿命计算（针对点蚀）重点、难点,低速或摆动轴承静强度计算,高速轴承疲劳寿命计算、校验其极限转速,一、基本额定寿命,轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总 转数或一定转速下的工作小时数。,同型号轴承：离散性大(寿命

11、相差数十倍),一批轴承：服从一定的概率分布规律。, 采用基本额定寿命。,轴承的寿命/（106r）,10-5滚动轴承的动载荷和寿命计算,基本额定寿命：一批近于相同的轴承在同样工作条件下运转，其中10%的轴承发生疲劳点蚀前运转的总转数（L10），或一定工作转速下工作的小时数（L10h）。,L10的物理意义：,2）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为90%。,3）当可靠度不为90%时，对L10进行修正：,注意：额定寿命随运转条件而变化。比如：外载荷增大，则额定寿命降低。因此：基本额定寿命并不能直接反应轴承的承载能力。,二、基本额定动载荷C,定义：L10=106r时，轴承所能承受的最大

12、载荷。,即：在C作用下，轴承工作106r而不点蚀失效的R=90%。,Cr：径向基本额定动载荷,Ca：轴向基本额定动载荷：5类 Ca纯轴向载荷,1）C由试验得出，查手册；,2）C 轴承抗疲劳承载能力；同类不同型号轴承，C不同。,说明：,对于向心推力轴承，指使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量。,X、Y径向、轴向动载荷系数 ，查表, 载荷系数，查表 Fr 、 Fa 轴承承受的径向、轴向载荷,三、 当量动载荷,对于向心轴承，C指径向载荷(Cr);,只能承受纯径向载荷的轴承（如N类）：P fp Fr,只能承受纯轴向载荷的轴承（如5类）： P fp Fa,当量动载荷：把实际载荷转换为与确定基本额定动载

13、荷的载荷条件相一致的假想载荷，用P表示。,对于推力轴承，C指轴向载荷(Ca)。,但实际轴承可能同时承受径向载荷Fr和轴向载荷Fa，为了与C在相同条件下进行比较，引入当量动载荷的概念。,Pfp（X Fr YFa ）,式中：寿命指数 球轴承 滚子轴承10/3,（h）,或：,基本额定动载荷，查机械零件设计手册,基本额定寿命,当量动载荷，N,轴承转速，r/min,预期寿命，查表,基本额定动载荷计算值,四、滚动轴承寿命的计算公式,1、轴承在轴的受力分析中的简化表示和径向载荷Fr的计算,五、向心推力轴承的载荷计算,求 FrvA和FrvB,Ft2,Ft3,FrhA,FrhB,求 FrhA和FrhB,Fr的计

14、算见轴系受力分析，即,而轴向载荷 Fa=FA ？,2、轴向载荷Fa的计算,Fa1,径向载荷：,1) 附加轴向力FS,O支反力作用点，即法线与轴线的交点,轴承受径向外载荷,就产生附加轴向力FS，与轴向外载荷无关。,FS的大小:查表,FS的方向:由外圈的宽边指向窄边方向 (对轴的推力方向),Fa2,正装两外圈窄边相对安装。(面对面),反装两外圈宽边相对安装(背靠背),正装时跨距小因而轴刚度大,反装时跨距长因而轴刚度小,“”型,“”型,右端轴承 “压紧”左端轴承 “放松”,3) 轴向载荷Fa的计算,取轴和内圈为分离体,左端“压紧”右端“放松”,正安装：合力指向端为“压紧端”,反安装：合力指向端为“放

15、松端”,1）根据轴承安装方式和 FA 、 Fs1、Fs2合力指向，判定“压紧端”和“放松端”。,2）放松端：Fa等于本身Fs。,3）压紧端：Fa等于除本身Fs外，其它轴向力的代数和。,向心推力滚动轴承寿命计算小结：,1、求支反力（力平衡、力矩平衡）Fr1、Fr2；,2、求附加轴向力Fs1、Fs2；,3、根据轴承安装方式及合力的指向判定“压紧”、“放松”端，求出Fa1、Fa2；,4、根据,？：是 X、Y查表，否 X=1、Y=0,？：是 X、Y查表，否 X=1、Y=0,，,取,5、校核式：,设计选择式：,球轴承：=3滚子轴承：=10/3,深沟球轴承：无Fs，FA由压紧端承受， 即：Fa压紧=FA，

16、 Fa放松=0,例：一工程机械传动装置中的轴，其支撑采用7208AC的角接触球轴承，如图所示，已知Fr1=1000N,Fr2=2060N,作用于轴上的轴向载荷FA=880N，基本额定动载荷r=35200N,转速5000r/min,中等冲击，预期寿命2000h,所选轴承是否恰当？（判断系数0.68),解：,（）计算轴承，的轴向力Fa1和Fa2查表得附加轴向力,轴承为压紧端，轴承为放松端，有,（）计算轴承的当量动载荷,因Fa1/Fr1=2280/1000=2.28 eFa2/Fr2=1440/2060=0.68= e,查表得X1=0.41,Y1=0.87,X2=1,Y2=0,载荷为中等冲击，取p1

17、.5两轴承的当量动载荷为：,（）计算当量载荷下所需的基本额定动载荷r,因r1r，故所选轴承满足要求。,10-7滚动轴承的组合结构设计,轴承不是单一的个体，它是用来支承轴的，而轴又要带动轴上零件工作。所以轴承的设计一定包含合理设计轴承装置。,组合设计内容： 轴承装置的设计时要是正确解决轴承的装拆、配置、固定、调整、密封、润滑等问题。组合设计要求： 固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便。,一、滚动轴承的配置设计轴系的支点,在轴承部件轴向固定的基础上，保证轴系能正常传递轴向力而不发生窜动，同时又能保证发生热变形时有伸缩的可能。,1）两端固定支承(双支点各单向固定),轴的热伸长量可由轴承自身的游隙补

18、偿，或在轴承外圈与轴承盖之间留有少量间隙(用垫片调节),特点：结构简单，安装调整容易，适用于温度变化不大的短轴。,游动端采用内、外圈不可分离的轴承时，只需固定轴承内圈，而让外圈可以在轴承座孔内自由游动；当采用内、外圈可分离的轴承时，轴承的内、外圈均需固定，此时靠滚子与套圈间的游动来保证轴的自由伸缩。,特点：轴的位置准确，但结构较复杂，适用于温度变化大的长轴。,二、滚动轴承的配合,轴承内圈与轴,松 紧js6，j6，k6，m6，n6,松 紧G7，H7，JS7，J7,轴承外圈与轴承座孔,基孔制：,基轴制：,国家标准规定，轴承的内孔与外径均为上偏差为零、下偏差为负的公差带，这与普通圆柱体公差的国家标准

19、不同，这一规定使轴承内孔与轴的配合比通常的基孔制同类配合要紧得多。另外，由于外径公差值较小，因而外径与轴承座孔的配合与通常的基轴制同类配合相比也更为紧密。,5）与空心轴配合的轴承应取较紧的配合。,滚动轴承配合的选择原则：,1）不动圈比转动圈配合紧一些；,2）高速、重载、有冲击、振动时，配合应紧一些，载荷平稳时，配合应松一些；,3）旋转精度要求高时，配合应紧一些；,4）常拆卸的轴承或游动套圈应取较松的配合；,1）轴承间隙的调整,2）轴系位置的调整,锥齿轮传动：要求两齿轮锥顶重合。,三、滚动轴承游隙和轴系轴向位置的调整,蜗杆传动：要求蜗轮中间平面通过蜗杆轴线。,方法：调整套杯端面与轴承座端面间垫片

20、厚度,四、滚动轴承预紧,可以轴承刚度、 旋转精度、 轴承寿命。,轴向预紧：,径向预紧：,过盈配合,五、轴承的安装和拆卸,温差法（大尺寸轴承）：热油8090加热轴承或干冰冷却轴颈。,压入法（大批量）：中小型轴承用软锤敲入或用一段管子压住内圈敲入。,轴肩高度低于内圈高度的3/4。,拆：专用拆卸器。,一、滚动轴承的润滑,润滑方式：,1）脂润滑,2）油润滑,油浴或飞溅润滑、滴油润滑、喷油润滑、油雾润滑,3）固体润滑,注意：油浴润滑油面不能超过轴承最低滚动体的中心。,润滑脂在轴承中的填入量一般应不超过轴承空间的1/3 1/2。,由速度因数dn查表,10-8滚动轴承的润滑与密封,目的：1. 防止润滑剂从轴

21、承中流失； 2. 防止灰尘、水分侵入。,分类：接触式 线速度较低时用,静止件与运动件不能直接接触，轴与端盖间应有间隙。,密封圈密封，油润滑v412m/s,二、滚动轴承的密封,非接触式不受速度限制,滑动轴承概述2,二、滑动轴承设计内容,一、滑动轴承的特点,滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合，则主要使用滑动轴承：,工作转速很高，如汽轮发电机。,要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。,承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。,特重型的载荷，如水轮发电机。,根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。,在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。,径向尺寸受限制时，如多辊轧钢

22、机。,轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计；润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。,10-9滑动轴承概述,径向滑动轴承的典型结构1,10-10 滑动轴承的结构形式,一、径向滑动轴承的结构,整体式径向滑动轴承,特点：结构简单，成本低廉。,应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,因磨损而造成的间隙无法调整。,只能从沿轴向装入或拆出。,径向滑动轴承的典型结构2,对开式径向滑动轴承,特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的 间隙、安装方便。,应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,对开式轴承(剖分轴套),径向滑动轴承的典型结构3,二、止推滑动轴承的结构,止推滑动轴

23、承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：, 空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。, 单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用于低速、 轻载的场合。, 多环式：不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。由于各环 间载荷分布不均，其单位面积承载能力比单环式低50%。,空心式,单环式,多环式,滑动轴承的失效形式及常用材料2,一、轴瓦的材料,1、轴瓦材料性能要求：, 减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。, 耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。, 抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。, 摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初

24、始配合不良的能力。, 嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生 刮伤或磨粒磨损的性能。,此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。, 磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的 表面形状和粗糙度的能力（或性质）。,10-11 轴瓦的材料和结构,2、常用材料,1、金属材料轴承合金（巴氏合金）、青铜等；,3、非金属材料塑料、橡胶等。,滑动轴承的轴瓦结构1,二、轴瓦的形式和结构,需从轴端安装和拆卸，可修复性差。,可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。,节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高 。,具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精

25、度要求。,强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。,轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。,铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。,只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。,滑动轴承的轴瓦结构2,单材料、整体式厚壁铸造轴瓦,多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦,多材料、对开式厚壁铸造轴瓦,多材料、对开式薄壁轧制轴瓦,滑动轴承的轴瓦结构3,三、轴瓦的定位, 目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。, 方法：对于轴向定位有：,对于周向定位有：,滑动轴承的轴瓦结构4,四、轴瓦的油孔及油槽, 目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。, 原则：尽量开在非承载区，尽量不要降低或

26、少降低承载区油膜的 承载能力；轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。, 形式：按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。,按油槽数量分单油槽、多油槽等。,单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）,双轴向油槽开在非承载区（在轴承剖分面上）,双斜向油槽（用于不完全液体润滑轴承）,滑动轴承润滑剂的选择1,10-12 滑动轴承的润滑,一、润滑脂的选择, 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。, 适用场合 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作 摆动运动的轴承中。, 选择原则：当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种； 反之，选择针入度大一些的品种。,所用润滑脂的滴点，一般

27、应较轴承的工作温度高约2030， 以免工作时润滑脂过多地流失。,在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基 润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。,润滑脂牌号表,滑动轴承润滑剂的选择2,二、润滑油及其选择, 特点： 有良好的流动性，可形成动压、静压或边界润滑膜。, 适用场合：不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承。, 选择原则：主要考虑润滑油的粘度。,转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。,高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,三、固体润滑剂及其选择, 特点：可在滑动表面形成固体膜。, 适用场合：有特殊要求的场合，如环境清洁要求处、真空中 或高温

28、中。, 常用类型：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。, 使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料， 依靠材料自身的润滑性能形成润滑膜。,润滑油牌号表,四、润滑方式与供油装置,常用润滑方式有间歇式润滑和连续式润滑。,间歇式润滑：,连续式油润滑：,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1,10-13 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,一、失效形式与设计准则, 工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，故无法形成完全的 承载油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。, 失效形式：边界油膜破裂。, 设计准则：保证边界膜不破裂。因边界膜强度与温度、轴承材 料、轴颈和轴承表面粗糙度、润滑油供给等有关， 目前

29、尚无精确的计算方法，但一般可作条件性计算。, 校核内容： 验算平均压力 p p，以保证强度要求。,验算摩擦发热pvpv，限制pv即限制摩擦发热。,验算滑动速度vv ，p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心，受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不足，故应校核滑动速度v 。,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2,二、径向滑动轴承的设计计算, 已知条件：外加载荷F (N)、轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d (mm), 验算及设计 ：,验算轴承的平均压力p (MPa),B轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定）p轴瓦材料的许用压力，MPa。,验算摩擦热,v轴颈圆周速度，m/s； pv轴承材料的pv许用值，MPam/s,验算滑动速度v (m/s),v材料的许用滑动速度,选择配合,、v、 pv 的选择,一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6,