機(jī)械傳動(dòng)軸軸承聯(lián)軸器

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1、第九章 軸、軸承及聯(lián)軸器,9.1 軸,一、概述,（一）、軸的用途與分類,1、功用：1）支承回轉(zhuǎn)零件；2）傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,2、分類：,軸是直接支持傳動(dòng)零件和其它軸上零件以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的重要零件。設(shè)備的工作能力和工作質(zhì)量在很大程度上與軸有關(guān)。,按中心線形狀不同分類 (1) 直軸： 中心線為一直線的軸稱為直軸。 在軸的全長(zhǎng)上直徑都相等的直軸稱為光軸, 如圖(a)所示; 各段直徑不等的直軸稱為階梯軸, 如圖 (b)所示。,(a) 光軸; (b) 階梯軸; (c) 空心軸,由于階梯軸上零件便于拆裝和固定, 又利于節(jié)省材料和減輕重量, 因此在機(jī)械中應(yīng)用最普遍。 在某些機(jī)器中也有采用空心軸的

2、, 以減輕軸的重量或利用空心軸孔輸送潤(rùn)滑油、 冷卻液等。,(2) 曲軸： 中心線為折線的軸稱為曲軸, 如圖所示。 它主要用在需要將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械中。,直軸：,階梯軸,光軸,曲軸：,實(shí)物軸,按承載情況不同分類 (1) 轉(zhuǎn)軸： 工作中同時(shí)受彎矩和扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。 轉(zhuǎn)軸在各種機(jī)器中最常見, 如減速箱中的齒輪軸。 (2) 傳動(dòng)軸: 只受扭矩不受彎矩或所受彎矩很小的軸稱為傳動(dòng)軸。 如汽車傳動(dòng)軸。 (3) 心軸： 只承受彎矩的軸稱為心軸。 心軸又分為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和固定心軸, 前者如機(jī)車車軸(見圖 (a)), 后者如自行車的前軸(見圖 (b))。,

3、轉(zhuǎn)軸,傳動(dòng)軸,心軸 (a) 機(jī)車車軸; (b) 自行車前軸,1. 碳素鋼 碳素鋼比合金鋼價(jià)廉, 對(duì)應(yīng)力集中不敏感, 并可用熱處理的方法改善其力學(xué)性能。 一般機(jī)械中常用35、 45、 50鋼等優(yōu)質(zhì)碳素鋼, 并進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理, 其中以45鋼用得最為廣泛。 不重要的、受力較小的軸可采用Q235、 Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼。,二、軸的材料,2. 合金鋼 合金鋼具有較高的力學(xué)性能和良好的熱處理工藝性, 但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感, 且價(jià)格較貴, 多用于高速、 重載及有特殊要求的軸材料。 對(duì)于耐磨性要求較高的軸, 可選用20Cr、 20CrMnTi等低碳合金鋼, 進(jìn)行滲碳淬火處理。 對(duì)于在高溫、 高

4、速和重載條件下工作的軸, 可選用38CrMoAlA、 40CrNi等合金結(jié)構(gòu)鋼。,由于在一般工作溫度下, 碳素鋼和合金鋼的彈性模量相差無幾, 因此, 不能用合金鋼代替碳素鋼來提高軸的剛度。 軸的毛坯通常用鍛件和熱軋圓鋼。 對(duì)于某些結(jié)構(gòu)外形復(fù)雜的軸可采用鑄鋼或球墨鑄鐵, 后者具有吸震性、 耐磨性好、 價(jià)格低廉、 對(duì)應(yīng)力集中敏感性差等優(yōu)點(diǎn)。 下表列出了幾種軸的常用材料及其力學(xué)性能。,軸的常用材料及其主要力學(xué)性能,三、軸及軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),軸及軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要要求是: (1) 便于加工, 具有良好加工和裝配的工藝性, 軸上零件便于拆裝和調(diào)整； (2) 軸上零件布置合理, 受力

5、合理, 利于提高軸的強(qiáng)度和剛度； (3) 軸上零件的軸向定位、 周向定位準(zhǔn)確, 固定可靠； (4) 盡量減少應(yīng)力集中, 節(jié)約材料。,（一）、 零件在軸上的軸向固定 零件在軸上的軸向固定方法很多, 如圖所示, 選擇時(shí)要綜合考慮零件在軸上的位置、 軸向力的大小、 具體的安裝條件等。,軸上零件的軸向固定方法,軸上零件的軸向固定方法,軸上零件的軸向固定方法,1. 軸肩和軸環(huán) 階梯軸上常采用軸肩或軸環(huán)定位, 如圖所示。 軸肩或軸環(huán)是階梯軸上截面變化的部分, 由定位面和過渡圓角組成。 軸肩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 能承受較大的軸向力, 應(yīng)用較多。,軸肩和軸環(huán),軸肩圓角半徑,2. 套筒 在軸

6、的中部, 當(dāng)兩個(gè)零件間距離較小時(shí), 常采用套筒作相對(duì)固定, 如圖所示。使用套筒可簡(jiǎn)化軸的結(jié)構(gòu), 避免在軸上制出螺紋、 環(huán)形槽等, 能有效地提高軸的疲勞強(qiáng)度, 但增加了一些重量, 故套筒不應(yīng)太長(zhǎng)。 且因套筒與軸的配合較松, 所以也不宜用于高速軸。,套筒的使用,3. 圓螺母 圓螺母可承受較大的軸向力, 但在螺紋處有應(yīng)力集中, 會(huì)降低軸的疲勞強(qiáng)度, 故其多用于固定裝在軸端的零件, 一般采用細(xì)牙螺紋。 為防止圓螺母松脫, 可采用加止動(dòng)墊圈或用雙圓螺母。,,4. 擋圈 擋圈通常與軸肩聯(lián)合使用定位, 常用的有螺釘鎖緊擋圈、 彈性擋圈和軸端擋圈三種(見圖)。 螺釘鎖緊擋圈用緊定螺釘固定在軸上, 若

7、在軸上零件兩側(cè)各用一個(gè)鎖緊擋圈時(shí), 可任意調(diào)整軸上零件的位置, 裝拆方便。 但緊定螺釘不能承受大的軸向力, 且釘端會(huì)引起軸應(yīng)力集中。 軸上零件作軸向固定也可使用彈性擋圈, 這種固定方法簡(jiǎn)單, 但承受軸向力小, 且軸上需設(shè)溝槽, 也會(huì)因應(yīng)力集中而削弱軸的強(qiáng)度。,彈性擋圈常用作滾動(dòng)軸承的軸向固定。 軸端擋圈(又稱壓板)常用于軸端零件的固定, 如圖中的聯(lián)軸器就是利用軸端擋圈和螺母將零件壓緊在軸肩上的。 這種固定方法工作可靠, 應(yīng)用頗廣。,5. 錐形軸頭 軸和轂孔利用錐面配合, 對(duì)中性好, 軸上零件裝拆方便, 且可兼作周向固定, 常用于轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合。 當(dāng)用于軸端零件的固定時(shí), 可與軸端擋圈配合

8、使用, 使零件得到雙向定位和固定。 在用套筒、 圓螺母、 軸端擋圈作軸向固定時(shí), 為確保軸上零件定位可靠, 軸頭的長(zhǎng)度應(yīng)比零件輪轂的寬度短23 mm(見圖)。,軸段長(zhǎng)度稍短,（二）、 零件在軸上的周向固定 為了傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩, 防止軸上零件與軸作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng), 必須有可靠的周向固定。 轉(zhuǎn)動(dòng)零件與軸的周向固定所形成的聯(lián)結(jié), 稱為軸轂聯(lián)結(jié)。 軸轂聯(lián)結(jié)的形式很多, 常用的周向固定方法有鍵、 花鍵, 成形、 銷, 彈性環(huán)、 過盈等聯(lián)結(jié), 如圖所示， 可根據(jù)傳遞轉(zhuǎn)矩的大小進(jìn)行選取。,軸上零件常用的周向固定方法,軸上零件常用的周向固定方法,普通平鍵： 圓 頭 方 頭 半圓頭,花鍵聯(lián)接是由多個(gè)鍵齒與鍵槽在

9、軸和輪轂孔的周向均布而成 花鍵齒側(cè)面為工作面適用于動(dòng)、靜聯(lián)接,聯(lián)接銷主要用于零件間的聯(lián)接或鎖定，可傳遞不大的載荷,（三）、 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí), 應(yīng)使軸的結(jié)構(gòu)形狀便于加工、 裝配和維修。 例如, 對(duì)于需要磨削的軸段, 應(yīng)留有砂輪越程槽, 如圖所示； 對(duì)于需要切削螺紋的軸段, 應(yīng)留有退刀槽, 如圖所示。 砂輪越程槽通常寬24 mm、 深0.51 mm； 螺紋退刀槽與螺紋牙高度有關(guān), 槽的尺寸可參看有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、 圖冊(cè)。,砂輪越程槽,螺紋退刀槽,為便于零件在軸上的裝配, 軸端應(yīng)加工成45(或30、 60)倒角。 過盈配合部分的零件裝入端常加工出半錐為10(或30)的導(dǎo)向錐面(見圖

10、)； 對(duì)于受變載荷的重要零件, 則應(yīng)加工出圓角。,引導(dǎo)錐,四、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算,（一）、 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 在進(jìn)行軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算時(shí), 為便于分析和計(jì)算, 常通過必要的簡(jiǎn)化, 找出軸的合理簡(jiǎn)化模型, 即軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。,通常將軸簡(jiǎn)化為一鉸鏈支座的梁, 軸和軸上零件的自重可忽略不計(jì), 軸上分布載荷按圖所示方法簡(jiǎn)化。 作用在軸上的扭矩通常從傳動(dòng)件輪轂中點(diǎn)計(jì)算。 軸的支座反力的作用點(diǎn)隨軸承類型、 布置方式不同而異, 可按圖確定, 圖中a、 b、 e的值可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。,軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 (a) 一般情況; (b) 過盈情況,軸上支點(diǎn)的簡(jiǎn)化 (a) 向心軸承; (b) 角接觸軸承; (c) 兩個(gè)向心軸承;

11、 (d) 滑動(dòng)軸承,（二）、 軸的強(qiáng)度計(jì)算 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于傳動(dòng)軸, 可只按扭矩計(jì)算軸的直徑； 對(duì)于轉(zhuǎn)軸, 常用此法估算軸的最小直徑, 然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 對(duì)于圓截面軸, 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為,式中, 為軸的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力, 單位為MPa； T為軸傳遞的扭矩, 單位為Nmm； P為軸傳遞的功率, 單位為kW； n為軸的轉(zhuǎn)速, 單位為r/min； d為軸的直徑, 單位為mm； 為許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力, 單位為MPa, 其值查表選?。?Wn為軸抗扭截面系數(shù), 單位為mm3, 對(duì)圓截面軸Wn0.2d3。 由式, 可推出軸的設(shè)計(jì)公式為,式中, C為由軸的材料和承載情況確定的常數(shù), 見表

12、。,常用材料的 和C值,軸上有鍵槽時(shí)： 放大軸徑：一個(gè)鍵槽：35% 二個(gè)鍵槽：710% 取標(biāo)準(zhǔn)值,軸標(biāo)準(zhǔn)直徑系列尺寸,例：圖示為一電動(dòng)機(jī)通過一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器帶動(dòng)帶傳動(dòng)的簡(jiǎn)圖。已知電動(dòng)機(jī)功率為30KW,轉(zhuǎn)速 n=970r/min,減速器效率為0.92，傳動(dòng)比i=4,單向傳動(dòng)，從動(dòng)齒輪分度圓直徑d2=410mm,輪轂長(zhǎng)度 105mm,采用深溝球軸承。試設(shè)計(jì)從動(dòng)齒輪軸的結(jié)構(gòu)和尺寸。,解：（1）求輸出軸的轉(zhuǎn)速與輸出功率。 n2=n1/i=970/4=242.5r/min P2=0.92*P1=0.92*30=27.6KW 考慮鍵的削弱，將軸徑增大5%，即取d=53.3*1.0

13、5=55.9mm 查得標(biāo)準(zhǔn)直徑d=60mm。,(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制結(jié)構(gòu)草圖,(5)按彎、扭組合作用驗(yàn)算軸的強(qiáng)度 (6)鍵槽設(shè)計(jì)及其公差 (7)確定軸的各處倒角、圓角，公差 (8)繪制軸的工作圖,1 概 述 2 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與材料 3 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 4 滾動(dòng)軸承 5 滾動(dòng)軸承的代號(hào)及選用 6 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算,9.2 軸承,一、 概 述,1 滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)與應(yīng)用 工作時(shí)軸套和軸頸的支承面間形成直接或間接滑動(dòng)摩擦的軸承稱為滑動(dòng)軸承。 滑動(dòng)軸承工作面間一般有潤(rùn)滑油膜且為面接觸, 所以滑動(dòng)軸承具有承載能力大、 抗沖擊、 噪聲低、 工作平穩(wěn)、 回轉(zhuǎn)精度高、 高速性能好等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。,滑動(dòng)軸

14、承主要應(yīng)用于以下場(chǎng)合: 工作轉(zhuǎn)速極高的軸承； 要求軸的支承位置特別精確、 回轉(zhuǎn)精度要求特別高的軸承； 特重型軸承； 承受巨大沖擊和震動(dòng)載荷的軸承； 必須采用剖分結(jié)構(gòu)的軸承； 要求徑向尺寸特別小以及特殊工作條件的軸承。 滑動(dòng)軸承在內(nèi)燃機(jī)、 汽輪機(jī)、 鐵路機(jī)車、 軋鋼機(jī)、 金屬切削機(jī)床以及天文望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備中應(yīng)用很廣泛。,B. 按潤(rùn)滑狀態(tài)分類 (1) 流體潤(rùn)滑軸承: 摩擦表面完全被流體膜分隔開, 表面間的摩擦為流體分子間的內(nèi)摩擦。 (2) 非流體潤(rùn)滑軸承: 摩擦表面間為邊界潤(rùn)滑或混合潤(rùn)滑。 C. 按流體膜的形成原理分類 常見的滑動(dòng)軸承有流體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承、 流體靜壓潤(rùn)滑軸承和流體動(dòng)靜壓潤(rùn)

15、滑軸承。,D. 按潤(rùn)滑材料分類 常見的滑動(dòng)軸承有液體潤(rùn)滑軸承、 氣體潤(rùn)滑軸承、 塑性體潤(rùn)滑軸承、 固體潤(rùn)滑軸承和自潤(rùn)滑軸承。 和滾動(dòng)軸承相比, 在某些工作條件下, 滑動(dòng)軸承有著顯著的優(yōu)越性, 不能為滾動(dòng)軸承所代替。,2 滑動(dòng)軸承的類型 A. 按承受載荷方向分類 (1) 徑向軸承: 只承受徑向載荷。 (2) 推力軸承: 只承受軸向載荷。 (3) 組合軸承: 同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。,整體式徑向軸承,二、 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與材料,1 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)形式 滑動(dòng)軸承一般由軸承座、 軸瓦、 潤(rùn)滑裝置和密封裝置等組成。,A. 徑向滑動(dòng)軸承 1) 整體式滑動(dòng)軸承 下圖所

16、示為典型的整體式滑動(dòng)軸承, 由軸承座和軸瓦組成。 整體式滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低、 但無法調(diào)節(jié)軸頸和軸承孔間的間隙, 當(dāng)軸承磨損到一定程度時(shí)必須更換。 裝拆這種軸承時(shí)軸或軸承必須作軸向移動(dòng), 很不方便, 故多用于輕載、 低速、 間歇工作的簡(jiǎn)單機(jī)械中, 其結(jié)構(gòu)已標(biāo)準(zhǔn)化。,軸承模型,2) 剖分式滑動(dòng)軸承 圖所示為典型的剖分式滑動(dòng)軸承, 由軸承座、 軸承蓋、 對(duì)開軸瓦、螺栓等組成。軸瓦和軸承座均為剖分式結(jié)構(gòu), 在軸承蓋與軸承座的剖分面上制有階梯形定位口, 便于安裝時(shí)定心。 軸瓦直接支承軸頸, 因而軸承蓋應(yīng)適度壓緊軸瓦, 以使軸瓦不能在軸承孔中轉(zhuǎn)動(dòng)。 軸承蓋頂端制有螺紋孔, 以便安裝油杯或油管。

17、,剖分式徑向軸承,模型,調(diào)心式徑向軸承,3) 調(diào)心式滑動(dòng)軸承 調(diào)心式滑動(dòng)軸承的軸瓦位置可以調(diào)整以適應(yīng)軸頸, 從而避免軸瓦發(fā)生急劇磨損, 如下圖所示。,(a) 實(shí)心端面止推軸頸; (b) 空心端面止推軸頸; (c) 環(huán)狀軸頸; (d) 多環(huán)軸頸,B. 推力軸承 圖所示為常見的推力軸承, 其工作面有實(shí)心端面、 空心端面、 單環(huán)工作面和多環(huán)工作面。,2 滑動(dòng)軸承軸瓦的結(jié)構(gòu)形式 滑動(dòng)軸承中的軸瓦結(jié)構(gòu)有兩種形式, 一是整體式結(jié)構(gòu)(見圖), 二是剖分式結(jié)構(gòu)(見圖)。 對(duì)于大型軸瓦, 為節(jié)約貴重的減摩材料和便于修理, 常制成雙金屬軸瓦, 即以鋼、 鑄鐵或青銅做瓦背, 再在瓦背上澆鑄一薄層減

18、摩材料(軸承襯)以提高軸瓦的工作性能。 金屬軸瓦一般是鑄造的, 在某些工業(yè)部門中, 由于生產(chǎn)批量較大, 常用附有薄層減摩材料的鋼帶(厚約1.52.5 mm)制成。 此外, 在瓦背上澆鑄軸承襯時(shí), 為了使軸承襯貼附牢固, 應(yīng)在瓦背上預(yù)制燕尾形或螺紋形溝槽, 如圖所示。,整體式軸瓦 (a) 無油溝軸套; (b) 有油溝軸套,整體式軸瓦 (a) 無油溝軸套; (b) 有油溝軸套,剖分式軸瓦,軸瓦瓦背溝槽形狀,軸瓦應(yīng)開設(shè)供油孔及油溝, 以便潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承并流到整個(gè)工作面上。 通常油溝的軸向長(zhǎng)度約為軸瓦寬度的80%, 如圖所示, 以便在軸瓦兩端留出封油部分, 防止?jié)櫥偷牧魇А?軸瓦的油溝一般應(yīng)開設(shè)在非

19、壓力區(qū)或剖分面上。 滑動(dòng)軸承殼體和軸瓦的結(jié)構(gòu)尺寸, 可參看有關(guān)手冊(cè)、 圖冊(cè)中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和公式， 并結(jié)合設(shè)計(jì)要求確定。,油溝的形式,3 軸承材料 常用的軸承材料有三類: (1) 金屬材料: 如軸承合金、 灰鑄鐵、 減摩鑄鐵等； (2) 金屬陶瓷: 如含油軸承； (3) 非金屬材料: 如酚醛塑料、 尼龍等。 常用軸瓦材料的性能及其應(yīng)用見表（略）。,三、滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑,潤(rùn)滑對(duì)減少滑動(dòng)軸承的摩擦和磨損以及保證軸承正常工作具有重要意義。 它除了可以降低功耗外, 還具有冷卻、 防塵、 防銹和緩沖吸震等作用, 直接影響軸承的工作能力和使用壽命。 因此, 設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承時(shí), 必須注意合

20、理選擇潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑裝置。,1 潤(rùn)滑劑 常用的潤(rùn)滑劑一般為潤(rùn)滑油、 潤(rùn)滑脂, 在特殊工況下, 還可采用固體潤(rùn)滑劑及水和空氣等。 A. 潤(rùn)滑油 潤(rùn)滑油是最常用的潤(rùn)滑劑, 有動(dòng)、 植物油, 礦物油和合成油, 其中以礦物油應(yīng)用最廣。 粘度是潤(rùn)滑油最主要的性能指標(biāo)。 粘度是潤(rùn)滑油抵抗變形的能力, 表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦性能, 粘度大的液體內(nèi)摩擦阻力大, 承載后油不易被擠出, 有利于油膜形成。 通常粘度隨溫度升高而減低。 除粘度之外, 潤(rùn)滑油的性能指標(biāo)還有凝點(diǎn)、 閃點(diǎn)等。 選用潤(rùn)滑油時(shí), 通常以粘度為主要指標(biāo), 具體選用見表（略）。,2. 潤(rùn)滑脂 潤(rùn)滑脂是由潤(rùn)滑油添加各種稠化劑(如鈣

21、、 鈉、 鋁、 鋰等金屬皂)和穩(wěn)定劑而成的膏狀潤(rùn)滑劑。 其特點(diǎn)是稠度大不易流失, 密封簡(jiǎn)單, 不需經(jīng)常添加, 但摩擦損耗大, 故高速不宜用。 按所用金屬皂的不同, 潤(rùn)滑脂主要有: (1) 鈣基潤(rùn)滑脂: 有較好的耐水性, 但不耐熱(使用溫度不超過60)； (2) 鈉基潤(rùn)滑脂: 耐熱性較好(使用溫度可達(dá)115145), 但抗水性差； (3) 鋁基潤(rùn)滑脂: 具有良好的抗水性； (4) 鋰基潤(rùn)滑脂: 性能良好, 既耐水又耐熱, 在-20150范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。,常用潤(rùn)滑脂的主要性能和用途,軸承是支承軸及軸上零件的重要零件, 主要用來減輕軸與支承間的摩擦與磨損, 并保持軸的回轉(zhuǎn)精度

22、和安裝位置。 軸承根據(jù)工作的摩擦性質(zhì), 可分為滑動(dòng)摩擦軸承(簡(jiǎn)稱滑動(dòng)軸承)和滾動(dòng)摩擦軸承(簡(jiǎn)稱滾動(dòng)軸承)兩類。 滾動(dòng)軸承具有摩擦系數(shù)小， 已標(biāo)準(zhǔn)化, 設(shè)計(jì)、 使用、 潤(rùn)滑、 維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn), 因此在一般機(jī)械中廣泛應(yīng)用。 滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品, 在一般機(jī)械設(shè)計(jì)中主要是根據(jù)具體的載荷、 轉(zhuǎn)速、 旋轉(zhuǎn)精度和工作條件等要求, 選擇類型和尺寸合適的滾動(dòng)軸承, 并進(jìn)行軸承的組合設(shè)計(jì)。,四、 滾動(dòng)軸承,（一）、 滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu)如圖所示, 通常由外圈1、 內(nèi)圈2、 滾動(dòng)體3和保持架4組成。 內(nèi)圈裝在軸頸上, 外圈裝在軸承座孔內(nèi), 多數(shù)情況下內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng), 外圈保持不動(dòng)。

23、 工作時(shí), 滾動(dòng)體在內(nèi)外圈間滾動(dòng), 保持架將滾動(dòng)體均勻地隔開, 以減少滾動(dòng)體之間的摩擦和磨損。,滾動(dòng)軸承的構(gòu)造,實(shí)物,滾動(dòng)體的種類,滾動(dòng)體有球、 圓錐滾子、 圓柱滾子、 鼓形滾子和滾針等幾種形狀, 如圖所示。 滾動(dòng)軸承的內(nèi)、 外圈和滾動(dòng)體采用強(qiáng)度高、 耐磨性好的含鉻合金鋼制造, 保持架多用軟鋼沖壓而成, 也有采用銅合金或塑料保持架的。,實(shí)物,（二）、 滾動(dòng)軸承的類型 滾動(dòng)軸承中, 滾動(dòng)體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的徑向平面之間的夾角稱為接觸角, 如圖所示， 它是滾動(dòng)軸承的一個(gè)重要參數(shù)。 1. 按滾動(dòng)軸承承載方向分類 (1) 向心軸承： 主要承受或只承受徑向載荷, 其

24、接觸角為045； (2) 推力軸承： 主要承受或只承受軸向載荷, 其接觸角為4590。,滾動(dòng)軸承的接觸角,2. 按滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體形狀分類 滾動(dòng)軸承可分為球軸承和滾子軸承， 而滾子軸承又分為圓錐滾子軸承、 圓柱滾子軸承等。 3. 按滾動(dòng)軸承工作時(shí)能否調(diào)心分類 滾動(dòng)軸承可分為剛性軸承和調(diào)心軸承。 常用滾動(dòng)軸承的主要類型、 尺寸系列代號(hào)及性能特點(diǎn)見表。,常用滾動(dòng)軸承的主要類型、尺寸系列代號(hào)及性能特點(diǎn)（略）,五、滾動(dòng)軸承的代號(hào)及選用,1 滾動(dòng)軸承的代號(hào) 由于滾動(dòng)軸承已標(biāo)準(zhǔn)化, 為了便于生產(chǎn)和使用, 國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了滾動(dòng)軸承的代號(hào)。 代號(hào)的構(gòu)成情況見表。,A. 基本代

25、號(hào) 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 滾動(dòng)軸承的基本代號(hào)由三部分構(gòu)成， 如圖 所示。 (1) 內(nèi)徑代號(hào)： 用自右至左第1、 2位數(shù)字表示， 表示方法見表 。,滾動(dòng)軸承的基本代號(hào),常用軸承的內(nèi)徑代號(hào),向心軸承和推力軸承的常用尺寸系列代號(hào),(2) 直徑系列代號(hào): 即結(jié)構(gòu)相同、 內(nèi)徑相同的軸承在外徑和寬度方面的變化系列, 用右起第3位數(shù)字表示。 直徑系列代號(hào)見表 。 各系列之間的尺寸對(duì)比如圖 所示。 ,直徑系列對(duì)比,(3) 寬(高)度系列: 即結(jié)構(gòu)、 內(nèi)徑和直徑都相等的軸承, 在寬度方面的變化系列, 用右起第4位數(shù)字表示。 向心軸承和推力軸承的寬度系列代號(hào)見表 。 寬度系列為0系列時(shí), 多數(shù)軸承此代號(hào)不標(biāo)

26、出(調(diào)心滾子軸承、 圓錐滾子軸承除外)。 (4) 類型代號(hào): 軸承類型代號(hào)用數(shù)字或字母表示, 見表 。 圓柱滾子軸承、 滾針軸承分別用N、 NA表示, 其余都為數(shù)字表示。 用字母表示時(shí), 類型代號(hào)與右邊的數(shù)字代號(hào)之間空半個(gè)漢字的寬度。,1 3 5 6 7N,調(diào)心球軸承,圓錐滾子軸承,推力球軸承,深溝球軸承,角接觸球軸承,圓柱滾子軸承,B. 前置、 后置代號(hào) 前置、 后置代號(hào)是軸承在結(jié)構(gòu)形式、 尺寸、 公差、 技術(shù)要求等有改變時(shí), 在其基本代號(hào)前后添加的補(bǔ)充代號(hào)。 (1) 前置代號(hào): 前置代號(hào)用字母表示, 如圓柱滾子軸承代號(hào)LN207中的L表示可分離軸承的內(nèi)圈或外圈。 (2) 后置代

27、號(hào): 后置代號(hào)用字母和數(shù)字表示軸承的結(jié)構(gòu)、 公差及材料的特殊要求等內(nèi)容, 與左邊的基本代號(hào)空半個(gè)漢字(代號(hào)中有“”、 “/”符號(hào)的除外)。 后置代號(hào)中部分軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)的代號(hào)見表 。,部分軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)的代號(hào),例 ：說明滾動(dòng)軸承代號(hào)7208 AC和6308/P63的意義。 解 (1),（二）、 滾動(dòng)軸承類型的選擇 在設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承時(shí), 首先遇到的問題是選擇適當(dāng)?shù)妮S承類型。 我國常用各類軸承的基本特點(diǎn)已在表中列出, 選擇軸承類型時(shí), 除根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選型并參照類似機(jī)器中的軸承外,應(yīng)參考以下主要因素。,1. 載荷條件 軸承所承受載荷的大小、 方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。 (1)

28、 載荷的方向: 當(dāng)軸承承受純軸向載荷時(shí), 選用推力軸承； 主要受徑向載荷時(shí), 選用向心球軸承； 同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷時(shí), 可選用角接觸球軸承。,(2) 載荷大小：在其他條件相同的情況下, 滾子軸承一般比球軸承的承載能力大。 因此承受較大載荷時(shí), 應(yīng)選用滾子軸承。 (3) 載荷性質(zhì): 當(dāng)載荷平穩(wěn)時(shí), 可選用球軸承； 有沖擊和振動(dòng)時(shí), 應(yīng)選用 滾子軸承。,2. 轉(zhuǎn)速條件 滾動(dòng)軸承在一定的載荷和潤(rùn)滑條件下允許的最高轉(zhuǎn)速稱為極限轉(zhuǎn)速。 球軸承比滾子軸承有更高的極限轉(zhuǎn)速。 高速或要求旋轉(zhuǎn)精度高時(shí), 應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。 3. 調(diào)心性質(zhì) 軸承內(nèi)外圈軸線間的角偏差應(yīng)控制在極限值內(nèi)(參見表)

29、, 否則會(huì)增加軸承的附加載荷而使其壽命降低。 當(dāng)角偏差值較大時(shí), 應(yīng)選用調(diào)心軸承。,4. 安裝和調(diào)整性能 安裝和調(diào)整也是選擇軸承主要考慮的因素。 例如, 當(dāng)安裝尺寸受到限制, 必須要減小軸承徑向尺寸時(shí), 宜選用輕系列和特輕系列的軸承或滾針軸承； 當(dāng)軸向尺寸受到限制時(shí), 宜選用窄系列的軸承； 當(dāng)軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時(shí), 應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承。,5. 經(jīng)濟(jì)性 在滿足使用要求的情況下, 盡量選用價(jià)格低廉的軸承, 以降低成本。 一般普通結(jié)構(gòu)的軸承比特殊結(jié)構(gòu)的軸承便宜, 球軸承比滾子軸承便宜, 精度低的軸承比精度高的軸承便宜。,六、滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算,（一）

30、 滾動(dòng)軸承工作分析 1. 運(yùn)動(dòng)分析 滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈間有相對(duì)運(yùn)動(dòng), 滾動(dòng)體既有自轉(zhuǎn)又圍繞軸承中心公轉(zhuǎn)。 2. 受力分析 在相同的徑向載荷作用下, 向心軸承與角接觸軸承的受力是不同的。,（二）失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 在滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中, 如出現(xiàn)異常發(fā)熱、 噪音和振動(dòng)時(shí), 則軸承元件可能趨于失效。 常見的滾動(dòng)軸承失效形式有如下幾種。 1. 疲勞點(diǎn)蝕 對(duì)于一般長(zhǎng)期使用的滾動(dòng)軸承, 滾動(dòng)體和內(nèi)、 外圈在載荷作用下, 表面間有極大的循環(huán)接觸應(yīng)力, 從而使軸承的工作表面(滾動(dòng)體和內(nèi)、 外圈滾道表面)發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕(麻點(diǎn)), 嚴(yán)重時(shí)會(huì)使表層金屬成片剝落, 形成凹坑, 以致失去正常工作能

31、力。 對(duì)于以疲勞點(diǎn)蝕為主要失效形式的軸承, 應(yīng)進(jìn)行軸承的壽命計(jì)算。,2. 塑性變形 對(duì)于極低速或緩慢擺動(dòng)條件下工作的滾動(dòng)軸承, 一般不會(huì)出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕。 但當(dāng)載荷很大, 滾動(dòng)體和滾道接觸處的局部應(yīng)力超過材料的屈服極限時(shí), 會(huì)使軸承的工作表面發(fā)生永久的塑性變形, 從而使軸承不能繼續(xù)使用。 當(dāng)硬顆粒從外界進(jìn)入軸承的滾道與滾動(dòng)體之間時(shí), 硬顆粒會(huì)在滾道表面形成壓痕, 亦是一種塑性變形。 3. 磨損與膠合 如果潤(rùn)滑及密封不良, 則會(huì)引起軸承摩擦表面的磨損。 速度過高且散熱不良時(shí)會(huì)出現(xiàn)膠合。 此類失效形式除要進(jìn)行壽命計(jì)算外, 還應(yīng)驗(yàn)算極限速度。,（三） 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 1. 軸承壽命、

32、軸承基本額定壽命及基本額定動(dòng)載荷 1) 軸承壽命 滾動(dòng)軸承在任一元件首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)稱為軸承壽命。,2) 軸承基本額定壽命 實(shí)驗(yàn)證明, 軸承的疲勞壽命是相當(dāng)離散的, 即使同一批生產(chǎn)的同一型號(hào)的軸承, 在完全相同的工作條件下, 它們的壽命也不一樣, 最高壽命與最低壽命可相差2040倍。 對(duì)于同型號(hào)的一批軸承的壽命, 既不以最低壽命為標(biāo)準(zhǔn), 也不以最高壽命為標(biāo)準(zhǔn), 而是將這批軸承放在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn), 以其中10%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕, 90%的軸承不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時(shí)數(shù)作為該型號(hào)軸承的壽命, 稱為基本額定壽命, 用L10來表示, 單

33、位為106 r(106轉(zhuǎn))。,3) 軸承的基本額定動(dòng)載荷 對(duì)于相同型號(hào)的軸承, 其基本額定壽命與載荷大小有關(guān)。 載荷越大, 壽命越短； 反之, 載荷越小, 壽命越長(zhǎng)。 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定, 將基本額定壽命為10 6轉(zhuǎn)(10 6 r)、 可靠度為90%時(shí)的軸承載荷, 稱為基本額定動(dòng)載荷, 以C表示, 即圖中的C值。 在基本額定動(dòng)載荷C作用下, 滾動(dòng)軸承可以工作10 6 r而不發(fā)生點(diǎn)蝕失效的軸承壽命可靠度為90%。 軸承的基本額定動(dòng)載荷C值越大, 該軸承的抗疲勞點(diǎn)蝕的能力越強(qiáng)。 在軸承樣本中可查到各類型軸承的基本額定動(dòng)載荷C值。,2. 軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷C, 對(duì)于向心軸

34、承指純徑向載荷Cr； 對(duì)于推力軸承則指的是軸向載荷Ca。 而軸承工作時(shí)往往同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷, 為了和基本額定動(dòng)載荷在相同條件下比較, 進(jìn)行壽命計(jì)算需將實(shí)際載荷換算為一假定的載荷, 此假定載荷稱為當(dāng)量動(dòng)載荷, 用符號(hào)P表示。 對(duì)向心軸承, P為一假定的徑向載荷； 對(duì)于推力軸承, P則為一假定的軸向載荷。 軸承在當(dāng)量動(dòng)載荷作用下, 其壽命與實(shí)際載荷作用下的壽命相同。,載 荷 系 數(shù) fp,3. 軸承壽命的計(jì)算 滾動(dòng)軸承的載荷與壽命之間的關(guān)系曲線如圖所示。 其曲線方程為 PL10=常數(shù) 式中, P為當(dāng)量動(dòng)載荷, 單位為N； L10為基本額定壽命, 單位為 10 6

35、 r； 為壽命指數(shù), 球軸承=3， 滾子軸承=10/3。,當(dāng)L10=1(即10 6轉(zhuǎn))時(shí), 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷就是軸承的基本額定動(dòng)載荷C, 即P=C, 則有 PL10=C1=常數(shù) 因此,為使用方便, 用給定轉(zhuǎn)速n(r/min)下的工作小時(shí)數(shù)Lh來表示軸承的基本額定壽命, 則有,當(dāng)預(yù)期壽命Lh已給定, 則需軸承應(yīng)具有的基本額定 動(dòng)載荷C, 可根據(jù)式 計(jì)算得出,當(dāng)軸承溫度高于120時(shí), 基本額定動(dòng)載荷C值將降低, 需引入溫度系數(shù)(見表)加以修正, 此時(shí)軸承的基本額定壽命公式為,溫 度 系 數(shù) ft,由計(jì)算的軸承壽命Lh應(yīng)大于軸承設(shè)計(jì)的預(yù)期壽命。 當(dāng)計(jì)算的軸承壽命達(dá)不到預(yù)期壽命時(shí), 則應(yīng)重

36、新選擇軸承型號(hào), 重新計(jì)算。 一般可以將機(jī)器中修或大修的年限作為軸承的預(yù)期壽命。 預(yù)期壽命通?？扇?00020 000 h, 表的推薦值可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。,軸承預(yù)期壽命推薦值,一、聯(lián)軸器的類型、結(jié)構(gòu)和特性,機(jī)械式聯(lián)軸器、液力聯(lián)軸器、電磁式聯(lián)軸器,機(jī)械式聯(lián)軸器：,1、剛性聯(lián)軸器,聯(lián)軸器：主要用作軸與軸之間的聯(lián)接，以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。,9.3 聯(lián)軸器,1）剛性固定式聯(lián)軸器:要求被聯(lián)接兩軸軸線嚴(yán)格對(duì)中,套筒聯(lián)軸器,凸緣聯(lián)軸器,對(duì)兩軸對(duì)中性的要求很高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、傳遞轉(zhuǎn)矩大應(yīng)用最廣。,凸緣聯(lián)軸器,夾殼式聯(lián)軸器,主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低。 缺點(diǎn)：1）無法補(bǔ)償兩軸偏斜和位移，對(duì) 兩

37、軸的對(duì)中性要求較高。 2）聯(lián)軸器中都是剛性零件，缺乏 緩沖、吸振能力。應(yīng)用時(shí)若兩 軸偏斜時(shí)將引起附加應(yīng)力，使 軸、軸承和軸上零件工作條件 惡化。,2）剛性可移式聯(lián)軸器:可以通過兩半聯(lián)軸器間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來補(bǔ)償被聯(lián)接兩軸的相對(duì)位移。,十字滑塊聯(lián)軸器,萬向聯(lián)軸器,齒輪聯(lián)軸器,2、彈性聯(lián)軸器:彈性聯(lián)軸器包含有彈性元件，不僅具有吸收振動(dòng)和緩解沖擊的能力，而且能夠通過彈性元件的變形來補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。,1）彈性套柱銷聯(lián)軸器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,裝拆方便,成本較低。適用于轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)速高、頻繁正反轉(zhuǎn)、需要緩和沖擊的地方。,2）彈性柱銷聯(lián)軸器,3）輪胎聯(lián)

38、軸器,4）星形彈性件聯(lián)軸器,彈性聯(lián)軸器具有以下特點(diǎn)： 1）具有彈性滯后特性，緩沖、吸振性好； 2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。 但聯(lián)軸器強(qiáng)度低、壽命較短。,二、聯(lián)軸器的選擇,1）傳遞載荷的大小、性質(zhì)及對(duì)緩沖功能的要求。 載荷平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大、同軸度好，無相對(duì)位移的選用剛性聯(lián)軸器。 載荷變化大，要求緩沖、吸振或同軸度不易保證時(shí)應(yīng)選用彈性聯(lián)軸器。 2）工作轉(zhuǎn)速的高低與正、反轉(zhuǎn)變化多的要求。 高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸應(yīng)選動(dòng)平衡精度較高的聯(lián)軸器；動(dòng)載荷大的機(jī)器選用重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的聯(lián)軸器；正、反轉(zhuǎn)變化多，啟動(dòng)頻繁，有較大沖擊載荷，安裝不易對(duì)中的場(chǎng)合考慮采用可移式剛性聯(lián)軸器。,3）連接兩軸相對(duì)位移的大小。 安裝調(diào)整后難以保證兩軸精確對(duì)中，或工作中有較大位移量的兩軸連接，要選用彈性聯(lián)軸器。,三、聯(lián)軸器的選擇方法和步驟,1）選擇聯(lián)軸器的類型，確定聯(lián)軸器的型號(hào)、尺寸 保證聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,2）校核最大轉(zhuǎn)速,3）調(diào)整軸孔直徑尺寸和形狀 4）進(jìn)行必要的校核,思考題,1軸常用什么材料制造？ 2常見的軸上零件固定方法有哪些 ？ 3怎樣確定軸的最小直徑？為什么轉(zhuǎn)軸都設(shè)計(jì)成階梯軸？ 4常見軸承類型？ 5深溝球軸承、圓錐滾子軸承識(shí)別。 6什么是聯(lián)軸器？有什么作用？ 7. 聯(lián)軸器有哪些類型？,