完整的轴承选型计算方法ppt课件.ppt

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1、第七章 轴承设计,按摩擦性质分:,滑动轴承 和滚动轴承,按承载方向分:,向心轴承 和推力轴承,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。,一、轴承应满足如下基本要求:,二、轴承分类:,7-1.滑动轴承概述,一、滑动轴承的主要特点:, 工作平稳,无噪声;, 回转精度高;, 液体润滑时摩擦损失小;, 径向尺寸小。,二、滑动轴承的摩擦状态(轴瓦与轴颈之间):,1、干摩擦状态,应避免此种摩擦状态。,摩擦表面无润滑剂,功率损失严重,磨损加剧,温升高,轴瓦

2、易破坏。, 承载能力高。,2、边界摩擦状态,摩擦表面间有润滑油存在,金属表面上形成了一层极薄的边界油膜。,但尖峰部分仍直接接触。,多数滑动轴承都是这种摩擦状态。,3、液体摩擦状态,两摩擦表面完全被润滑油分隔开,形成了一定厚度的压力油膜。,这种摩擦状态是润滑油分子之间的摩擦,摩擦系数极小。,重要轴承采用这种摩擦状态。,非液体摩擦滑动轴承,液体摩擦滑动轴承,常用润滑剂:,润滑油 液体,用途最广泛;,三、润滑剂及其选择,润滑脂 半固体,一般用于中低速;,固体润滑剂 主要用作油、脂的添加剂,也可单独使用。,1、润滑油的性能及选择,粘度 ,表征了流动的液体中内摩擦阻力的大小。,是最重要的性能指标,也是选

3、择润滑油的主要依据。,油性 ,也称润滑性,表征油中的极性分子对金属表面的吸附性能。油性好则摩擦系数小。,润滑油的选择原则:,凝点 ,反映润滑油的低温工作性能。,针入度 ,表征润滑脂的稀稠度,类似于油的粘度;,闪点 ,反映润滑油的高温工作性能。, 压力大或在冲击、变载条件下工作,应选粘度高的油;, 速度高时,应选粘度低的油,以减少摩擦损失;, 工作温度高时,应选粘度高的油,因粘度会随温度升高而下降。,2、润滑脂的性能及选择,滴 点 ,表征润滑脂耐高温的性能。,润滑脂的选择原则:, 工作环境有水汽,选钙基润滑脂;, 工作温度高,选钠基润滑脂;, 有水汽而且工作温度高,则应选锂基润滑脂。,四、滑动轴

4、承的分类,载荷方向,径向轴承,推力轴承,装拆需要,整体轴承(特殊类型:自动调心式轴承),剖分轴承,摩擦状态,液体摩擦(长期运转,精度要求高),非液体摩擦,主要承受径向力,主要承受轴向力,动压轴承,静压轴承,1.径向滑动轴承,(1)整体式滑动轴承,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。,(2)剖分式滑动轴承,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。,部分式轴承(整体轴套),对开式轴承(剖分轴套),(3)自动调心滑动轴承,(4)间隙可调式滑动轴承,2.推力滑动

5、轴承,推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有:,轴瓦的材料,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(胶合):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)。,常用轴瓦材料有:,金属材料,粉末冶金材料,非金属材料,轴承合金(巴氏合金、白合金)是由锡、

6、铅、锑、铜等组成的合金,铜合金 分为青铜和黄铜两类。,铸铁 有普通灰铸铁、球墨铸铁等。,由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成的多孔隙轴瓦材料。,有塑料、硬木、橡胶等,其中塑料用的最多,一、失效形式,1、磨损,导致轴承配合间隙加大,影响轴的旋转精度,甚至使轴承不能正常工作。,1、限制轴承的压强 p :,高速重载且润滑不良时,摩擦加剧,发热多,使轴承上较软的金属粘焊在轴颈表面而出现胶合。,二、设计准则,7-4 非液体摩擦滑动轴承的设计,2、胶合,目的 防止轴瓦过度磨损。, 向心滑动轴承,平均压强:,2、限制轴承的 pv 值 :,目的 控制轴承的发热量,防止胶合破坏。,v 值表征了轴承发热量的大小。

7、,pv,发热量,温升,润滑效果,胶合,k 考虑油槽使支承面积减小。,推力滑动轴承, 向心轴承,z 推力环的数目,3、限制滑动速度 v :,目的 防止滑动速度过高而引起磨损,平均直径dm(d1+d0)/2,推力轴承取24MPa*m/s,平均速度,许用线速度,三、设计步骤,确定轴承结构形式,确定轴承宽度 B 和直径 d,验算p、pv、v,选择轴承的配合,选择润滑剂与润滑装置,选择轴瓦材料, 推力轴承,7.5液体摩擦滑动轴承的工作原理,一、动压油膜的形成机理,两摩擦表面平行,不会产生压力油膜,两摩擦表面成楔形间隙,产生了压力油膜,间隙内的润滑油形成了拥挤,二、形成动压油膜的必要条件, 两摩擦表面必须

8、形成楔形间隙, 润滑油必须从大口进小口出, 必须具有足够的滑动速度, 必须充满足够粘度的润滑油,三、向心动压滑动轴承的工作过程,静止,启动,不稳定运行,稳定运行, 多油楔滑动轴承,其他滑动轴承, 静压滑动轴承, 气体轴承,8-1 . 滚动轴承的特点及类型,滚动轴承的主要特点:,滚动轴承是标准件,由专业轴承厂集中生产。,故学习本章的目的主要解决二个问题:,1、如何选择滚动轴承的类型;,2、滚动轴承的寿命计算;, 摩擦阻尼小(相对于非液体摩擦滑动轴承),启动灵活;, 可同时承受径向和轴向载荷,简化了支承结构;, 径向间隙小,还可用预紧方法消除间隙,因此回转精度高;, 互换性好,易于维护。,缺点:抗

9、冲击能力较差;高速时噪声大,寿命较低;径向尺寸大。,滚动轴承的主要类型:,1、按承载方向和公称接触角分为:,滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角,称为公称接触角。,向心轴承:045,主要承受径向载荷;,径向接触轴承0 的向心轴承;,向心角接触轴承 045的向心轴承;,推力轴承: 45 90 ,主要承受轴向载荷;,轴向接触轴承90的推力轴承,推力角接触轴承 45 90的推力轴承,2、按滚动体的种类可分为:球轴承和滚子轴承,滚动轴承代号:,用数字或字母表示 1调心球轴承 2调心滚子轴承 3圆锥滚子轴承 5推力球轴承 6深沟球轴承 7角接触球轴承 8推力圆柱滚子轴承 N圆柱滚子轴承 N

10、A滚针轴承,内径尺寸 代号10 0012 0115 0217 0320500 d/522、28、32及500以上 /内径,后置代号:用于表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求,用字母或数字表示;如:接触角为150、250和400的角接触球轴承,分别用C、AC和B表示内部结构的不同。,又如:轴承的公差等级分别为2级、4级、5级、 6级(6x)和0级,共5个级别,依次由高级到低级,其代号分别为:/P2、/P4、/P5、/P6( /P6x )和/P0。,3, 滚动轴承类型的选择,(1)、根据载荷的大小及性质,载荷大或冲击大选滚子轴承(线接触);,径向、轴向载荷角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承(3),轴

11、向载荷不大时,可用深沟球轴承,载荷小或冲击小选球轴承(点接触) ;,(2)、根据载荷的方向,纯径向载荷选深沟球轴承(6)、圆柱滚子轴承(N),纯轴向载荷选推力轴承(5 或 8 ),(3)、根据转速的高低,转速高选球轴承;,转速低选滚子轴承;,(4)、根据回转精度,精度要求高选球轴承;,(5)、根据调心性能,轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承 选调心轴承( “1” 类 或 “2” 类 );,11-5 滚动轴承的寿命计算,一、滚动轴承的载荷分析,各滚动体上的受力情况如何?,当轴承仅受到纯轴向力 Fa 作用时:,载荷由各滚动体平均分担,即:,Qi Qj,当轴承仅受到纯径向力 Fr 作用时:,接触点

12、产生弹性变形,内圈下沉,,Q2,Qmax,Q1,Q2,Q1,最多只有半圈滚动体受载。,承载区各滚动体的变形量不同,受载大小也不同。,对于点接触轴承:,对于线接触轴承:,滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力,,因此:,可看成脉动循环变应力。,全部滚动体个数,滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。,二、滚动轴承的失效形式,1、疲劳点蚀 最主要的失效形式,防止点蚀破坏,是计算滚动轴承的主要目的。,接触应力过大,元件表面出现较大塑性变形。,2、塑性变形 低速轴承的主要失效形式,原因是载荷过大或冲击载荷作用。,3、磨损、胶合、保持架断裂等,使用维护不当而引起的,属于非正常失效。,三、设计准则,一般转速

13、的轴承,转速极低或仅作缓慢摆动的轴承, 进行寿命计算,防止点蚀破坏, 按静强度计算,防止塑性变形,四, 滚动轴承的寿命计算公式,(一)、基本概念, 轴承寿命,轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。, 基本额定寿命,一批相同 的轴承,在相同的条件下运转,其中90 的轴承不发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。,90,10,用 L10 表示。,完好,按基本额定寿命选用轴承,可靠性为90,注意:额定寿命随运转条件而变化。,比如:外载增大,额定寿命降低。,因此,基本额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。, 基本额定动载荷,规定轴承在 基本额定寿命L10 为 106 转

14、时,所能承受的最大载荷,用 C 表示。,即:在C 的作用下,运转 106 转 时,有10的轴承出现点蚀,90的轴承完好。,额定动载荷越大,轴承的承载能力越大,对于具体轴承,C 为定值,按手册查取。,(二)、寿命计算,目的 根据工作条件和设计要求,选择合适的轴承尺寸。,载荷与额定寿命的关系曲线:,式中:P 为当量动载荷;,L10为P 作用下的额定寿命。,为寿命指数,球轴承 3,滚子轴承 10/3 。,C r 向心轴承的基本额定动载荷,称为径向基本额定动载荷。,C a 推力轴承的基本额定动载荷,称为轴向基本额定动载荷。,所以:,实际计算时,常用小时数表示轴承的额定寿命:,轴承的转速,或:,已知轴承

15、的C 以及P,计算额定寿命,根据预期寿命Lh以及P,计算所需的C ,当工作温度高于120时,C 值会下降,用温度系数 ft 修正:,预期寿命,当载荷为额定动载荷C 时:,所需额定动载荷,或:,寿命计算时,应满足:,(三)、当量动载荷 P 的计算,计算寿命,预期寿命,或:,所选轴承的额定动载荷,所需的额定动载荷,对于向心轴承,C 为径向载荷;,对于推力轴承,C 为轴向载荷。,但轴承可能同时承受径向载荷Fr 和轴向载荷 Fa。,为了与 C 在相同的条件下进行比较,引入当量动载荷的概念。,当量动载荷:一假想载荷,与C 同类型,它对轴承的作用与实际载荷的作用等效。用 P 表示。,计算式:,X 径向系数

16、,Y 轴向系数,查表8-7,X、Y 的作用是将Fr、Fa 折合成当量动载荷。,实际工作条件下,需引入载荷系数 fp 修正 P:,X、Y 取决于:Fa/Fr 和参数 e 。,若:,Fa/Fr e,X 0、Y 0,若:,Fa/Fr e,X 1、Y 0,参数 e 根据 Fa/C0 确定,它反映了轴承承受轴向载荷的能力。,基本额定静载荷,对于只能承受径向力的向心轴承(如圆柱滚子轴承):,对于只能承受轴向力的推力轴承(如推力球轴承):,或:,(四)、向心角接触轴承轴向载荷 Fa 的计算,1、角接触轴承的派生轴向力 S,轴承径向载荷 Fr 的计算见轴系受力分析,即:,而:,向心角接触轴承(角接触球轴承、圆

17、锥滚子轴承)受纯径向载荷作用后,会产生派生轴向分力 S 。,O,O 支反力作用点,即法线与轴线的交点。,表8-9给出了S 的近似计算方法。,角接触球轴承,派生轴向力:,注意 S 的方向,2、角接触轴承的排列方法,为使 S 得到平衡,角接触轴承必须成对使用。,一般有两种安装形式:, 正装 面对面安装,两轴承外圈的窄边相对,,即内部轴向力指向相对。, 反装 背靠背安装,两轴承外圈的宽边相对,,即派生轴向力指向相背。,正装时跨距短,轴刚度大;,反装时跨距长,轴刚度小;,问题:两个角接触轴承朝一个方向布置行吗?,为简化计算,认为支反力作用于轴承宽度的中点。,3、角接触轴承的轴向载荷Fa,当外载既有径向

18、载荷又有轴向载荷时,角接触轴承的轴向载荷 Fa ?,要同时考虑轴向外载 F A和派生轴向力 S 。,S2 和 S2 都是右轴承所受的力,故:, 轴承正装时:, 若 S1 + FA S2,圆锥滚子轴承的简图如下(将内圈与轴视为一体):,轴向合力向右,轴有向右移动的趋势,,但外圈被固定,,使得,使轴向力平衡,,故:,右轴承被压紧,会产生反力S2,,而左轴承被放松,,即:Fa1=S1 (放松端) Fa2=S1 FA (压紧端), 若 S1 + FA S2,轴向合力向左,轴有向左移动的趋势,,S1 和 S1 都是左轴承所受的力,故:,使轴向力平衡:,故:,左轴承被压紧,会产生反力S1,,而右轴承被放松

19、,,即:,(压紧端),(放松端), 轴承反装时:, 若 S2 + FA S1,轴向合力向右,轴有向右移动的趋势,,左轴承被压紧,会产生反力S1,,使轴向力平衡:,(压紧端),(放松端),轴向合力向左,轴有向左移动的趋势,,右轴承被压紧,会产生反力S 2,,使轴向力平衡:, 若 S2 + FA S1,,(放松端),(压紧端),归纳如下:,分析哪端轴承被“压紧”,哪端轴承被“放松”;,“压紧”端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力后其它轴向力的代数和。,对于能够承受少量轴向力而0 的向心轴承:,(如深沟球轴承),因为:0 ,S10 ,S2 0,所以:FaFA,图中:,Fa10,Fa2FA,11-6 滚动轴承的静强度计算,目的 防止轴承元件发生塑性变形,针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承,基本额定静载荷 C0 :,限制塑性变形的极限载荷值,对向心轴承为 C0r 径向基本额定静载荷,对推力轴承为 C0a 轴向基本额定静载荷,静强度条件 :,P0 当量静载荷,S0 静强度安全系数, 见表811,径向系数,轴向系数,X0、Y0查表812,向心轴承,推力轴承,11-6 滚动轴承的静强度计算,作业 8-1 8-2,

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