第10章轴承.ppt

机械设计基础,第10章轴承,第10章轴承,10.1滚动轴承10.2滑动轴承10.3滚动轴承与滑动轴承的比较及选用10.4基本技能训练减速器轴承组件拆装,第10章轴承,图10-1滑动轴承,第10章轴承,图10-2滚动轴承,10.1滚动轴承,10.1.1滚动轴承的构造、类型及特点1.滚动轴承的构造,图10-3滚动轴承的构造,10.1滚动轴承,图10-4滚动体的形状,10.1滚动轴承,图10-5滚动轴承的公称接触角,2.滚动轴承的类型,10.1滚动轴承,1)按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同可分为向心轴承和推力轴承(表10-1)。向心轴承又可分为径向接触轴承和向心角接触轴承。径向接触轴承的公称接触角0，主要承受径向载荷，有些可承受较小的轴向载荷；向心角接触轴承公称接触角的范围为045，能同时承受径向载荷和轴向载荷。推力轴承又可分为推力角接触轴承和轴向接触轴承。推力角接触轴承的范围为4590，主要承受轴向载荷，也可以承受较小的径向载荷；轴向接触轴承的90，只能承受轴向载荷。,10.1滚动轴承,表10-1各类轴承的公称接触角,2)按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承。3)按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。4)按安装轴承时其内、外圈可否分别安装，分为可分离轴承和不可分离轴承。5)按公差等级可分为0、6、5、4、2级滚动轴承，其中2级精度最高，0级为普通级。,10.1滚动轴承,6)按运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。3.滚动轴承的特点1)滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、旋转精度高、润滑和维修方便等优点，广泛应用于各种机械设备中。2)滚动轴承类型较多，载荷、转速及工作温度的适应范围广，因而广泛应用。3)滚动轴承已标准化，由专业轴承厂大批量生产，质量可靠、价格便宜，方便设计者根据需要直接选用设计。4)滚动轴承承受冲击载荷能力较差，工作时有振动和噪声，高速、重载时，使用寿命较短。5)滚动轴承一般径向尺寸较大且轴承不能剖分。,10.1滚动轴承,表10-2常用滚动轴承的类型、代号及特性,10.1滚动轴承,表10-2常用滚动轴承的类型、代号及特性,10.1滚动轴承,表10-2常用滚动轴承的类型、代号及特性,10.1滚动轴承,2.基本额定动载荷比：同尺寸系列各类轴承的基本额定动载荷与深沟球轴承的基本额定动载荷之比。3.价格比是以深沟球轴承为基数1。10.1.2滚动轴承的代号滚动轴承的类型很多，为了便于组织生产、设计和选用，GB/T 2721993规定了滚动轴承代号的结构及表示方法，滚动轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成，其表达方式见表103。,表10-3轴承代号的构成,1.基本代号(1)类型代号用数字或大写英文字母表示，见表10-4。,10.1滚动轴承,表10-4一般滚动轴承类型代号,(2)尺寸系列代号由轴承的宽(高)度系列代号和直径系列代号组合而成，见表10-5。,10.1滚动轴承,表10-5向心轴承、推力轴承尺寸系列代号,10.1滚动轴承,图10-6直径系列对比,10.1滚动轴承,2.前置代号和后置代号,表10-6轴承内径代号,(3)内径代号表示轴承的内径尺寸，见表10-6。,10.1滚动轴承,表10-7前置、后置代号,10.1滚动轴承,表10-8后置代号的内部结构代号及含义,加强型(即为内部结构设计改进)，增大轴承承载能力的轴承。,表10-9后置代号中的公差等级代号及其含义,10.1滚动轴承,表10-10后置代号中的游隙代号及其含义(摘录),10.1滚动轴承,表10-11后置代号中的配置代号及其含义(摘录),3.滚动轴承代号示例(0)2尺寸系列代号，宽度系列代号为0(省略)，2为直径系列代号。10.1.3滚动轴承的失效和计算1.滚动轴承的失效形式及计算准则(1)失效形式滚动轴承的失效形式主要有三种：疲劳点蚀、塑性变形和磨损。,10.1滚动轴承,1)疲劳点蚀。2)塑性变形。3)磨损。(2)计算准则1)一般转速的轴承，即10 r/minnnlim，应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。2)对于高速轴承，除疲劳点蚀外，其工作表面的过热也是重要的失效形式，因此除需进行寿命计算外还应校验其极限转速。3)对于低速轴承，即n10r/min，可近似地认为轴承各元件是在静应力作用下工作的，其失效形式为塑性变形，应进行以不发生塑性变形为准则的静强度计算。,10.1滚动轴承,2.滚动轴承的寿命计算(1)有关寿命计算的相关基本概念1)轴承寿命。2)基本额定寿命。3)基本额定动载荷。4)当量动载荷。,10.1滚动轴承,表10-12当量动载荷的载荷系数X、Y,10.1滚动轴承,表10-12当量动载荷的载荷系数X、Y,10.1滚动轴承,2.e是判别轴向载荷Fa对当量动载荷P影响程度的系数。,表10-13载荷系数,(2)滚动轴承的寿命计算通过大量的实验证明，滚动轴承的载荷与寿命之间的关系曲线满足下面的函数式,10.1滚动轴承,表10-14温度系数,10.1滚动轴承,表10-15轴承预期寿命推荐值,3.向心角接触轴承轴向载荷计算(1)内部轴向力S的确定向心角接触轴承包括向心角接触球轴承(70000型)和圆锥滚子轴承(30000型)，在承受径向载荷时，由于接触角的作用，会产生派生的轴向力S，见表10-16。,10.1滚动轴承,图10-7角接触轴承轴向载荷分析a)正装b)反装,表10-16角接触轴承的内部轴向力S,2.表中的Y值是表10-12中Fa/Fre时Y值。,10.1滚动轴承,(2)轴向载荷的计算确定向心角接触轴承的轴向载荷时，应同时考虑径向力引起的内部轴向力S和作用于轴上的其他轴向力Fa，根据整个轴上所有轴向力之间的平衡关系确定两轴承最终受到的轴向载荷Fa1和Fa2。,1)根据轴承的安装方式，确定内部轴向力的大小及方向。2)判断全部轴向载荷合力的方向，确定被压紧的轴承(紧端)及被放松的轴承(松端)。3)“紧端”轴承所受的实际轴向载荷，等于所有外部轴向力与“松端”轴承内部轴向力的代数和；“松端”轴承所受的实际轴向载荷，等于自身内部轴向力。,10.1滚动轴承,4.滚动轴承的静强度计算,表10-17静负荷的安全系数,5.滚动轴承的极限转速验算,10.1滚动轴承,10.1.4滚动轴承的选用1.影响轴承承载能力的参数(1)游隙内、外圈滚道与滚动体之间的间隙为游隙，即为当一个座圈固定时，另一座圈沿径向或轴向的最大移动量(通常用表示)。(2)极限转速滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速称为极限转速。(3)偏位角安装误差或轴的变形等都会引起轴承内外圈中心线发生相对倾斜，其倾斜角称为偏位角。,10.1滚动轴承,(4)接触角由轴承结构类型决定的接触角称为公称接触角，如表10-1所列。,图10-8滚动轴承偏位角,10.1滚动轴承,图10-9接触角的变化,10.1滚动轴承,2.滚动轴承的选择(1)滚动轴承类型的选择各类轴承的基本特点已在表10-2中进行了说明。1)轴承承受载荷。2)转速条件。3)安装调整性能。4)调心性能。5)经济性。(2)轴承尺寸的选择在选定轴承的类型后，求出轴承的当量动载荷P(或当量静载荷PO)，代入式(10-7)求出要求的基本额定动载荷C，然后查有关的轴承手册确定轴承的尺寸。1)对于静止轴承、缓慢摆动或极低速动转的轴承(工作转速n10r/min)，根据其失效形式可知选择轴承时应按静载荷计算。,10.1滚动轴承,2)对于一般运转的轴承(10r/minnnlim),按寿命计算进行轴承尺寸的选择，使轴承寿命大于预期寿命。3)当轴承的工作转速n在110r/min之间时，其轴承尺寸的选择有两种方法：按n=10r/min选择轴承尺寸；一方面将实际的n值代入寿命计算公式中计算出C值，另一方面按静载荷强度计算公式计算出C0值。4)对于转速较高又同时承受冲击载荷的轴承，除进行寿命计算外，还要进行轴承的静强度校核。5)对于高速轴承，除进行寿命计算外还应检验极限转速。(3)公差等级的选择对于同型号的轴承，其精度越高价格也越高，因此一般的机械传动中优先选用普通级(P0)精度的轴承。,10.1滚动轴承,10.1.5滚动轴承的组合设计要保证机器正常运转，对滚动轴承来说，除要正确选择轴承的类型和尺寸外，还必须对滚动轴承装置进行正确设计，即合理解决轴承的固定、装拆、配合、调整、润滑与密封等问题。1.滚动轴承的轴向固定(1)内圈与轴的轴向固定方法轴承内圈的固定一般根据轴向力的大小采用轴肩与轴用弹性挡圈、轴端挡圈、圆螺母结构(见图10-10 a、b、c)等进行紧固，图10-10d为紧定衬套与圆螺母结构，用于光轴上轴向力和转速都不大的调心轴承的紧固。,图10-10轴承内圈常用的轴向紧固方法,10.1滚动轴承,(2)滚动轴承外圈的固定方法轴承外圈的紧固常采用机座凸台、孔用弹性挡圈、轴承端盖等形式固定，如图10-11所示。,图10-11轴承外圈常用的轴向紧固方法,10.1滚动轴承,图10-12双支点单向固定支承,2.滚动轴承支承的轴系结构形式,10.1滚动轴承,(1)双支点单向固定支承(两端固定)双支点单向固定支承是指两端轴承内、外圈沿轴向只有一个方向受约束，对于整个轴的两个轴向方向都受到限制，这种配置也叫两端固定，如图10-12所示。(2)单支点双向固定支承轴的两个支点中，一个支承限制轴的双向轴向位移(称固定支承)，另一个支承可沿轴向移动(称游动支承)，这种固定方式称单支点双向固定，如图10-13所示。,图10-13单支点双向固定支撑,10.1滚动轴承,(3)双支点游动支承如图10-14所示，两个支承均无轴向约束，又称两端游动支承，多用于人字齿轮传动的高速轴。3.滚动轴承组合调整(1)轴承轴向间隙的调整在双支点单向固定支承和单支点双向固定支承中，轴承端盖与轴承外圈之间都留有一定间隙。,图10-14双支点游动支承结构,10.1滚动轴承,1)调整垫片组。2)调节压盖。3)调整环。,图10-15轴向间隙的调整,10.1滚动轴承,(2)轴系位置的调整为了保证轴上零件获得正确的位置，必要时要能调整整个轴系的轴向位置。,图10-16轴系位置的调整,10.1滚动轴承,4.滚动轴承的游隙和预紧(1)轴承的游隙动轴承的游隙是滚动轴承的内、外圈与滚动体之间留有的相对位移量，游隙可分为径向游隙r和轴向游隙a，如图10-17所示。(2)滚动轴承的预紧预紧是指采用适当的方法以消除轴承游隙，并使滚动体和内、外套圈之间产生弹性预变形，保持轴承受载后，仍不出现游隙。,图10-17滚动轴承的游隙,10.1滚动轴承,1)定位预紧。,图10-18轴承的定位预紧a)增加垫片b)磨窄套圈宽度,2)定压预紧。5.滚动轴承的配合与装拆(1)滚动轴承的配合选择配合时要以轴承为基准件，即内圈与轴颈的配合采用基孔制，外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。,10.1滚动轴承,图10-19轴承的定压预紧,1)当外载荷方向不变时，转动套圈应比固定套圈的配合紧一些。2)高速、重载情况下应采用较紧配合。3)作游动支承的轴承外圈与座孔间应采用间隙配合，但又不能过松，发生相对转动。,10.1滚动轴承,4)轴承与空心轴的配合应选用较紧配合，剖分式轴承座孔与轴承外圈的配合应较松。5)充分考虑温升对配合的影响。,图10-20压力安装轴承法,10.1滚动轴承,图10-21轴承内圈拆卸a)压力机拆卸b)拆卸器拆卸,10.1滚动轴承,(2)滚动轴承的安装与拆卸进行装拆时，应避免操作不当 损坏轴承和其他相关零件。6.滚动轴承的润滑与密封(1)滚动轴承的润滑润滑对于滚动轴承具有重要意义，不仅可以减少摩擦与磨损，同时起到冷却、吸振、防锈及降低噪声等作用。,表10-18滚动轴承润滑方式的值界限(单位：1mmr/min),10.1滚动轴承,图10-22毡圈密封,10.1滚动轴承,(2)滚动轴承的密封滚动轴承密封的目的是阻止灰尘、杂物和水分进入轴承；防止润滑剂流失而造成污染；保持轴承的良好工作环境。1)接触式密封。,图10-23皮碗式密封,10.1滚动轴承,图10-24间隙式密封,2)非接触式密封。,10.1滚动轴承,图10-25迷宫式密封,10.1滚动轴承,图10-26组合式密封,3)组合密封。,10.2滑动轴承,10.2.1滑动轴承的特点、应用及分类工作时轴承和轴颈的支承面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承，称为滑动轴承。10.2.2滑动轴承的典型结构滑动轴承一般由轴承座、轴瓦、润滑装置和密封装置等部分组成。1.径向滑动轴承(1)整体式滑动轴承图10-27所示为整体式滑动轴承。,图10-27整体式径向滑动轴承1承座2套3缝螺钉4杯,10.2滑动轴承,(2)剖分式滑动轴承图10-28所示为剖分式滑动轴承。,图10-28剖分式径向滑动轴承1接螺柱2承盖3承座4、5下轴瓦,10.2滑动轴承,图10-29推力滑动轴承,2.推力滑动轴承,10.2滑动轴承,图10-30卧式多环推力轴承,10.2滑动轴承,图10-31常见推力滑动轴承a)实心式b)空心式c)单环式d)多环式,10.2滑动轴承,10.2.3轴瓦的结构与滑动轴承的材料轴瓦是滑动轴承中直接与轴颈接触的零件。由于轴瓦与轴颈的工作表面之间具有一定的相对滑动速度，因而从摩擦、磨损、润滑和导热等方面都对轴瓦的结构和材料提出了要求。1.轴瓦的结构,图10-32整体式轴瓦,10.2滑动轴承,图10-33剖分式轴瓦,10.2滑动轴承,图10-34轴瓦与轴承衬的结合形式,图10-35油孔和油沟,2.轴承材料(1)金属材料,10.2滑动轴承,1)轴承合金(又称巴氏合金、白合金)。2)铜合金。3)铸铁。(2)粉末冶金材料粉末冶金材料是由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成的多孔隙轴瓦材料，常用于制作轴套。(3)非金属材料可用作轴瓦的非金属材料有工程塑料、硬木、橡胶和石墨等，其中工程塑料得最多。,10.2滑动轴承,表10-19常用金属轴瓦材料的使用性能,10.2滑动轴承,10.2.4滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑主要是为了减少摩擦和磨损，同时还可以起到冷却、吸振、防尘和防锈等作用。1.润滑剂及其选择(1)润滑油润滑油的选择应考虑轴承的载荷、速度、工作情况以及摩擦表面的状况等条件。(2)润滑脂对于润滑要求不高、难以经常供油或摆动工作的非液体摩擦滑动轴承，可采用润滑脂润滑。,10.2滑动轴承,表10-20滑动轴承润滑油的选择(工作温度1060),10.2滑动轴承,表10-20滑动轴承润滑油的选择(工作温度1060),10.2滑动轴承,2.润滑装置及润滑方法(1)油润滑1)间歇式供油。,图10-36几种供油方式与装置a)压配式压注油杯b)旋套式油杯c)针阀式油杯d)芯捻油杯e)油环润滑,10.2滑动轴承,2)连续式供油。3)飞溅润滑。4)力循环润滑。,图10-37油杯,10.2滑动轴承,(2)脂润滑3.润滑方式的选择,表10-22滑动轴承润滑方式的选择,10.3滚动轴承与滑动轴承的比较及选用,10.3.1滚动轴承与滑动轴承的比较滚动轴承和滑动轴承表的性能比较见表1023，供选用轴承时参考。,10.3滚动轴承与滑动轴承的比较及选用,表10-23滚动轴承与滑动轴承性能的比较,10.3滚动轴承与滑动轴承的比较及选用,10.3.2滚动轴承与滑动轴承的选用1.选用时应考虑的问题(1)机械对轴承性能的要求主要包括承载能力的大小，允许的速度范围，起动时摩擦力矩的大小及摩擦功耗，对外界和自身振动的抵抗能力，起动、停车的频繁程度，运转时的噪声水平，径向精度，安装结构要求及其润滑简易程度等因素。(2)轴承对工作环境和条件的适应性主要包括是否高温、低温或温度变化范围很大，有无腐蚀性大气或污染，周围有无含尘空气，是否潮湿或干燥交替，有无废屑或磨粒污染，有无辐射，是否真空下工作，近处有无振动源等因素。(3)经济性主要指轴承本身及附属装置的费用，日常工作维护费用等因素。,10.3滚动轴承与滑动轴承的比较及选用,2.优先选用原则(1)滑动轴承的优先选用原则轴承工作时有大的冲击和振动或载荷极大；对寿命、可靠度要求极高；定心精度要求很高，工作转速极高；某些特殊的工作环境(高温、低温、腐蚀等)；轴向尺寸小或轴孔直径很大，需要剖分轴承的场合。(2)滚动轴承的优先选用原则用户强调经济性的要求；在工作转速不高的范围内；pv值(摩擦功耗的表征值)超过滑动轴承的允许范围；要求轴向尺寸紧凑，同时承受轴向和径向载荷；需要经常起动、停车的场合。,10.4基本技能训练减速器轴承组件拆装,一、实验的目的与要求了解减速器的整体结构及工作要求。二、实验设备及工具圆柱齿轮传动减速器，锥齿轮减速器若干台，装拆用工具每组一套，活扳手，螺钉旋具，木锤，紫铜棒，游标卡尺，塞尺，金属直尺等工具三、实验、实训方法及步骤(1)打开减速器前，先对减速器的外形进行观察。1)了解减速器的名称、类型、总减速比；输入、输出轴伸出端的结构，用手转动减速器的输入轴，看减速器转动是否灵活。2)了解减速器的箱体结构，并观察下列部位形状结构、尺寸关系和作用。,10.4基本技能训练减速器轴承组件拆装,体凸缘、轴承旁螺栓、凸台、加强肋。轴承盖、轴承盖螺钉。(2)按下列顺序打开减速器，取下的零件要注意按次序放好，配套的螺钉、螺母、垫圈应该套在一起，以免丢失。1)取下定位销钉。2)取下上、下箱体的各个联接螺栓。3)用启盖螺钉顶起箱盖。4)取下上箱盖。(3)观察减速器内部结构情况(4)从减速器上取下轴，依次拆下轴上各零件，并按取下顺序依次放好。1)了解轴承在轴上周向固定和轴向固定的方式，轴的支承方式。,10.4基本技能训练减速器轴承组件拆装,2)用专用工具拆下轴承，仔细观察和测量轴承与轴的装配的结构，注意比较轴颈、轴肩过渡圆角与轴承内圈圆角的大小；记录轴承型号，轴颈尺寸等数据。3)轴系在减速器中的轴向固定方式，轴向游隙的调整方法。4)轴承的润滑方法；在箱体的剖分面上是否有集油槽或排油槽。5)伸出轴的密封方式，轴承是否有内密封。6)绘制减速器中一轴轴承部位的结构装配图。(5)按下列次序装好减速器1)将轴上零件依次装回，注意轴承的正确安装。2)将轴装回减速器。3)装轴承盖及调整垫圈。4)盖好箱盖，打上定位销。,10.4基本技能训练减速器轴承组件拆装,5)拧紧上、下箱体的联接螺栓。6)用手转动输入轴，看减速器是否转动灵活，若有故障要分析原因并以排除。四、思考题1.轴承的功用是什么？在此是用何方法定位？与相配合零件的配合种类是什么？2.锥齿轮减速器中滚动轴承配置安装方式是哪一种？为什么？锥齿轮轴承的轴向位置如何调整？3.你所拆圆柱齿轮减速器中轴的支承方式是哪一种？其轴向位置如何调整？,10.4基本技能训练减速器轴承组件拆装,五、综合项目训练设计带式输送机减速器中各轴的轴承。仔细参观并分析汽车发动机中的曲轴所用轴承的设计结构？,