模块四 轴系通用件的选用.ppt

模块四轴系通用件的选用 任务4 1轴承的选用计算任务4 2轴间连接件的识别与选用 任务4 1轴承的选用计算 4 1轴承合金和粉末冶金一 轴承合金的组织特征1 软基体上分布着硬质点在软基体上均匀分布着硬质点 一般为化合物 其体积占15 30 如图4 3所示 2 硬基体上分布着软质点在硬基体 其硬度略低于轴颈硬度 上均匀分布着软质点 这类组织的摩擦系数低 能承受较大的载荷 但磨合性较差 属于这类组织的有铜基和铝基轴承合金 二 常用轴承合金 下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 1 锡基轴承合金 锡基巴氏合金 锡基轴承合金是以锡为基础 加入少量锑和铜组成的合金 这类合金的膨胀系数和摩擦系数小 塑性 热导性 耐蚀性和工艺性良好 但疲劳强度较差 成本高 工作温度 150 适于制造拖拉机 汽轮机 汽车等机器的高速轴瓦 2 铅基轴承含金 铅基巴民合金 铅基轴承合金是以铅为基础 加入锡 锑 铜等组成的合金 这类合金适于制造承受中 低载荷的中速轴承 如汽车 拖拉机的曲轴轴承及电动机 破碎机轴承等 3 铜基轴承合金有些青铜 如铅青铜 锡青铜 铝青铜等 又可制造轴承 故称为铜基轴承合金 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 4 铝基轴承合金铝基轴承合金密度小 热导性 耐热性 耐蚀性好 疲劳强度高 价格低 但膨胀系数大 抗咬合性差 目前采用较多的有高锡铝基轴承合金 例如zaisn6culnil 和铝锑镁轴承合金 除上述轴承合金外 珠光体灰铸铁也可制作低速 2m s 不重要的轴承 三 粉末冶金材料粉末冶金材料是指用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料 通过配料 压制成形 烧结等工艺过程制成的材料 这种工艺过程称为粉末冶金法 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 硬质合金是一种或几种难熔碳化合物 如碳化钨 碳化钛等 的粉末为主要成分 加入起粘结作用的金属钴粉末 用粉末冶金法制行的材料 1 硬质合金的分类 成分和牌号 钨钴类硬质合金 其主要化学成分是碳化钨 wc 及钴 牌号用 yg 硬钴 二字汉语拼音字首 和数字表示 其数字表示钴平均质量分数的百分数 钨钛钴类硬质合金 其主要化学成分是碳化钨 碳化钛 tic 及钴 牌号用 yt 硬钛 二字汉语拼音字首 和数字表示 其数字表示碳化钛平均质量分数的百分数 钨钛钽 铌 类硬质合金 这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 2 硬质合金的性能 硬度高 常温下可达86 93hra 相当于69 81hrc 热硬性高 可达900 1000 耐磨性好 其切削速度比高速钢高4 7倍 刀具寿命高5 80倍 可切削50hrc左右的硬质材料 抗压强度高 可达6000出pa 但抗弯强度较低 约为高速钢的1 3 1 2 韧性差 约为淬火钢的30 50 耐蚀性 抗大气 酸 碱等 和抗氧化性良好 线膨胀系数小 但导热性差 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 3 切削加工用硬质合金的分类和分组代号 根据gb 工2075 1987规定 切削加工用硬质合金按其切屑排i出形式和加工对象范围不同 分为p 出 k三个类别 4 2滑动轴承一 滑动轴承的类型滑动轴承按承受载荷的方向 可分为径向滑动轴承和推力滑动轴承 按轴系和轴承装拆的需要 可分为整体式和剖分式 按轴颈和轴瓦间的摩擦状态 可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 二 滑动轴承的结构1 径向滑动轴承 1 整体式径向滑动轴承整体式径向滑动轴承由轴承座1 轴套2和润滑装置等部分组成 如图4 6所示 2 剖分式径向滑动轴承剖分式径向滑动轴承由轴承座3 轴承盖2 轴瓦4和5及双头螺柱1等组成 如图4 7所示 3 调心轴承调心轴承如图4 8所示 其轴瓦外表面作成球面形状 与轴承盖及轴承座的球状内表面相配合 轴瓦可自动调位以适应 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 轴颈在轴弯曲时产生的偏斜 从而可以避免轴颈与轴瓦的局部磨损 2 推力滑动轴承推力滑动轴承用来承受轴向载荷 它的结构由轴承座1 衬套2 轴瓦3和推力轴瓦4组成 如图4 9所示 三 滑动轴承的材料轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料 由于轴瓦是轴承中与轴颈直接接触的零件 对其材料的主要要求是 1 具有足够的抗压强度 抗疲劳能力和抗冲击能力 2 具有良好的减摩性 耐磨性和磨合性 3 良好的可塑性 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 4 具有嵌藏性 轴承材料具有容纳金属碎屑和灰尘的能力 5 良好的工艺性和导热性 并应具有抗腐蚀性能 常用的轴瓦和轴承衬材料有 1 轴承合金 主要有锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类 2 青铜 锡青铜减摩 耐磨性最好 应用较广 强度比轴承合金高 适于重载 中速 铅青铜抗胶合能力强 适于高速 重载 铝青铜强度及硬度较高 抗胶合性差 适于低速 重载传动 3 其他材料 粉末冶金具有多孔组织 使用前将轴承浸入润滑油中 使润滑油充分渗入多孔组织 灰铸铁和球墨铸铁价格低廉 常用于低速 轻载 不受冲击的场合 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 四 轴瓦的结构轴瓦是滑动轴承的重要组成部分 常用轴瓦可分整体式和剖分式两种结构 整体式轴瓦又称轴套 如图4 11所示 用于整体式滑动轴承 剖分式轴瓦如图4 12所示 用于剖分式滑动轴承 五 滑动轴承的应用 1 工作转速特别高的轴承 2 承受极大的冲击和振动载荷的轴承 3 要求特别精密的轴承 4 装配工艺对轴承部分有要求的场合 如曲轴的轴承 5 径向尺寸受限制或轴承要做成剖分式的结构 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 4 3滚动轴承的类型及应用一 滚动轴承的结构滚动轴承的结构如图4 15所示 由外圈1 内圈2 滚动体3和保持架4组成 通常内圈采用过渡配合装在轴颈上与轴一起转动 外圈装在轴承座孔内固定不转动 工作时 滚动体在内外圈间滚动 保持架将滚动体均匀地隔开 以减少滚动体之间的摩擦和磨损 多采用低碳钢板制造 也可用有色金属或塑料等材料 滚动轴承具有摩擦阻力小 启动灵敏 效率高 润滑简便及更换方便等优点 在各类机器中得到了广泛应用 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 二 滚动轴承的类型和特性滚动轴承中滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的径向平面之间的夹角称为滚动轴承的公称接触角 1 按其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 2 滚动轴承按滚动体的种类分为球轴承和滚子轴承 4 4滚动轴承的代号一 滚动轴承的代号滚动轴承类型很多 为了便于生产和选用轴承 国家有关标准规定了滚动轴承的代号 轴承代号由前置代号 基本代号和后置代号三部分组成 见表4 4 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 1 基本代号基本代号表示滚动轴承的基本类型 结构和尺寸 是轴承代号的基础 1 内径代号 基本代号中右起第一 二位数字表示轴承的内径 表示方法见表4 5 2 尺寸系列代号 尺寸系列代号由直径系列代号和宽 高 度系列代号组成 尺寸系列代号的表示方法见表4 6 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 3 类型代号 轴承类型代号用数字或大写字母表示 当用字母表示时 则类型代号与右边的数字代号之间空半个汉字的宽度 2 前置代号前置代号用字母表示 用来说明成套轴承部件特点的补充代号 可参阅gb 工272 1993 3 后置代号后置代号用字母 或字母加数字 表示 用来说明轴承在结构 公差和材料等方面的特殊要求 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 二 滚动轴承的类型选择1 载荷条件当载荷较大时应选用线接触的滚子轴承 球轴承为点接触 适用于轻载及中等载荷 当有冲击载荷时 常选用螺旋滚子或普通滚子轴承 2 转速条件转速较高时 宜用点接触的球轴承 一般球轴承有较高的极限转速 3 刚性及调心性能当支承刚度要求较大时 可采用成对的向心推力轴承组合结构或采用预紧轴承的方法 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 4 装调性能5 经济性4 5滚动轴承的选择计算一 滚动轴承的受载情况分析如图4 18所示 轴承承受径向载荷fr时 各滚动体承受载荷的大小不同 最下方位置的滚动体承受的载荷最大 二 滚动轴承的失效形式与计算准则1 失效形式 1 疲劳点蚀 滚动轴承工作时 滚动体和内外圈滚道表面受接触变应力作用 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 2 塑性变形 当轴承转速很低或间歇摆动时 一般不会出现疲劳点蚀 2 计算准则 1 般转速的轴承 其主要失效形式是疲劳点蚀 应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算 2 高速轴承 除疲劳点蚀外 应进行寿命计算 并校核其极限转速 3 低速轴承的主要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 三 滚动轴承的寿命计算1 轴承寿命 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 1 寿命 轴承寿命是指轴承中任一滚动体出现疲劳点蚀前所经历的总转数或在一定转速下所经历的小时数 2 可靠度 由于制造精度 材料均质程度的差异 滚动轴承的疲劳寿命是相当离散的 3 基本额定寿命 基本额定寿命是指一批相同的轴承 在一定的工作条件下 90 的轴承未发生疲劳点蚀以前运转的总转数或小时数 其可靠度为90 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 轴承的基本额定寿命为106转时 轴承所能承受的载荷值称为轴承的基本额定动载荷 用c表示 寿命l表示为 为使用方便 用给定转速n r 出in 下的工作小时数来表示轴承的寿命 则当轴承温度高于100 时 基本额定动载荷c的值将降低 故需引入温度系数 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 上式改写为2 当量动载荷的计算为了与基本额定动载荷在相同条件下进行比较 在计算轴承寿命时 应将实际载荷换算成与试验条件相同的载荷后 才能和基本额定动载荷进行比较 换算后的载荷是一个假想的载荷 在这个载荷作用下 轴承的寿命与实际载荷作用下轴承的寿命相等 这种折算后的假想载荷称为当量动载荷 用p表示 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 当量动载荷的计算公式为对于只承受纯径向载荷的向心轴承 当量动载荷对于只承受纯轴向载荷的推力轴承 当量动载荷为3 角接触向心轴承轴向载荷的计算 1 角接触向心轴承的内部轴向力 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 角接触轴承的结构特点是在滚动体与滚道接触处存在着接触角 如图4 20所示 当它承受径向载荷fr时 每个滚动体上的法向力fi均可分解成径向力fi 和轴向力fi 各滚动体上所受轴向分力合成为轴承的内部轴向力f 角接触向心轴承通常成对使用 对称安装 图4 21所示为成对使用角接触向心轴承的两种安装方式和轴向载荷分析 2 角接触向心轴承的轴向载荷计算 fa为轴向外载荷 计算角接触向心轴承的轴向载荷fa时 需将轴承的内部轴向力fi 和fi 考虑进去 若把轴与轴承内圈视为一体 并以它为分离体来考虑轴系的轴向平衡 就可以确定各轴承所受的轴向载荷 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 由以上分析可知 角接触向心轴承轴向载荷的计算方法和步骤如下 确定轴承内部轴向力的大小和方向 判定轴的移动趋势 从而确定轴承的 压紧 端和 放松 端 被 压紧 轴承的轴向力等于除其本身的内部轴向力以外的所有轴向力的代数和 被 放松 轴承的轴向力等于其本身的内部轴向力 四 滚动轴承的静强度计算1 基本额定静载荷co轴承承载区内受载最大的滚动体与滚道的接触应力达到一定值 该应力所对应的载荷称为基本额定静载荷 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 2 当量静载荷po对于同时承受径向和轴向载荷的轴承 应按当量静载荷进行计算 当量静载荷为一定载荷 在此载荷作用下 滚动轴承受载最大的滚动体和滚道接触处产生的永久变形量与实际载荷作用下的永久变形量相等 3 滚动轴承的静强度计算滚动轴承的静强度计算公式为4 6滚动轴承的组合设计一 滚动轴承的轴向固定 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 1 两端固定如图4 22 a 所示 两端的支承均能限制一个方向的轴向移动 两个支承合起来就限制了轴的双向移动 这种结构形式简单 适用于普通工作温度下的短轴 跨距 350出出 考虑到轴受热后的伸长 一般在轴承端盖与轴承外圈端面上留有补偿间隙c 0 2 0 4出出 间隙量的大小 通常用一组垫片来调整 如图4 22 b 所示 2 一端固定 一端游动左端轴承限制轴的双向移动 右端轴承可作轴向游动 选用深沟球轴承作为游动支承时 应在轴承外圈与轴承盖间留有间隙 选用圆柱滚子轴承作为游动支承时 靠其本身内 外圈可分离的特性满足游动要求 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 3 两端游动二 轴承组合的调整1 轴承间隙的调整 1 调整垫片 如图4 25所示 靠加减轴承盖与机座间的垫片厚度进行调整 2 可调压盖 靠端盖上的螺钉调整轴承外圈可调压盖的位置来调整轴承游隙 调整后用螺母锁紧防松 2 轴承的预紧对于内部游隙可调的轴承 为提高轴承的刚度和旋转精度 在安装轴承时使其受到一定的轴向力 消除轴承的游隙并使滚动体和内 外圈接触处产生微小弹性变形 这种方法称为轴承的预紧 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 3 轴系位置的调整轴系位置调整的目的是使轴上零件具有准确的工作位置 如圆锥齿轮传动 要求两个节圆锥顶点相重合 方能保证啮合 又如蜗杆传动 则要求蜗轮主平面通过蜗杆轴线等 三 滚动轴承的配合滚动轴承是标准件 因此 轴承内圈与轴的配合采用基孔制 轴承外圈与座孔的配合采用基轴制 四 轴承的装拆轴承的内圈与轴颈的配合一般都较紧 安装时可以用压力机配专用压套在内圈上施加压力 将轴承压套到轴颈上 也可在内圈上加套后用锤子均匀地敲击装入轴颈 如图4 29所示 但不允许直接敲击外圈 以防损坏轴承 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 4 7滚动轴承公差与配合一 滚动轴承的公差等级滚动轴承国家标准gb 工2720 1993 滚动轴承代号方法 将滚动轴承公差等级分为p2 p4 p5 p6 p0五级 其中p2级最高 p0级为普通精度 在机器制造业中应用最广 它用于旋转精度要求不高的机构中 除p0级外 其余各级统称高精度轴承 主要用于高的线速度或高的旋转精度的场合 这类精度的轴承在各种金属切削机床上应用较多 可参看表4 13 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 二 滚动轴承配合的选择正确地选择配合 对保证轴承的正常运转 延长其使用寿命关系极大 为了使轴承具有较高的定心精度 一般在选择轴承两个套圈的配合时 都偏向紧密 选择配合时要全面地考虑到各个主要因素 应以轴承的工作条件 结构类型和尺寸 精度等级为依据 查表确定轴颈和外壳孔的尺寸公差带 形位公差和表面粗糙度 1 确定轴承配合的主要依据在确定轴承配合时 对轴颈公差带和外壳公差带进行选择 同时还应综合考虑如下一些因素 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 1 套圈与负荷的方向关系 如图4 31所示 套圈相对于载荷静止 套圈相对于负荷方向旋转 套圈相对于负荷方向摆动 由此可知 套圈相对于负荷方向的状态不同 静止 旋转 摆动 负荷作用的性质也不相同 相对静止状态呈局部负荷作用 相对旋转状态呈循环负荷作用 相对摆动状态呈摆动负荷作用 2 负荷的大小 选择滚动轴承与轴颈和个壳孔的配合还与负荷的大小有关gb t275 1993根据当量径向动负荷p 与轴承产品 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 样本中规定的额定动负荷c 的比值大小 分为了轻 正常和重负荷三种类型 选择配合时应逐渐变紧 总之 配合选择时 要考虑轴承套圈相对于负荷的状况 即相对负荷方向旋转或摆动套圈 应选择过盈配合或过渡配合 相对于负荷方向固定的套圈 应选择间隙配合 3 径向游隙 轴承的径向游隙按gb4604 1984规定 分为第2组 基本组 第3组 第4组 第5组 游隙的大小依次由小到大 游隙大小必须合适 过大不仅使转轴发生较大的径向跳动和轴向窜动 还会使轴承产生较大的振动和噪声 上 页下 页返回 任务4 1轴承的选用计算 4 其他因素 温度的影响 因轴承摩擦发热和其他热源的影响而使轴承套圈的温度高于相配件的温度时 内圈与轴颈的配合将会变松 转速的影响 对于转速高又承受冲击动负荷作用的滚动轴承 轴承与轴颈和外壳孔的配合应选用过盈配合 公差等级的协调 选择轴颈和外壳孔公差等级时应与轴承公差等级相协调 2 轴颈和外壳孔的形位公差与表面粗糙度轴颈和外壳孔的形位公差与表面粗糙度可参照表4 19和表4 20选择 但必须强调 轴颈或外壳孔为避免套圈安装后产生变形 轴颈 外壳孔应采用包容要求 并规定更严的圆柱度公差 上 页返回 任务4 2轴间连接件的识别与选用 任务引入如图4 33所示 工作机的运动是由电动机通过零件2与减速器相连 而减速器又通过零件4与工作机相连来传递的 显然 零件2 4是将两轴直接连接在一起 使其按同一转速运转的零件 我们称为联轴器 一 常用联轴器的结构和特点1 刚性联轴器 1 固定式刚性联轴器 固定式刚性联轴器有套筒式和凸缘式等 下 页返回 任务4 2轴间连接件的识别与选用 凸缘联轴器 在固定式联轴器中 凸缘联轴器是应用最广泛的一种 它是由两个带凸缘的半联轴器组成 两个半联轴器分别用键与两轴连接 并用螺栓将两个半联轴器联成一体 套筒联轴器 如图4 36所示 套筒联轴器利用套筒将两轴套接 然后用键或销将套筒和轴连接起来以传递转矩 其结构简单 制造容易 径向尺寸小 但两轴线要求严格对中 装拆时必须做轴向移动 适用于两轴直径较小 同心度较高 工作平稳的场合 2 可移式刚性联轴器 用联轴器连接的两轴 由于制造安装误差 工作过程中的温度变化和外力产生的变形等因素的影响 使两轴轴线常有同轴度误差 不易保证两轴对中 常有偏移现象 上 页下 页返回 任务4 2轴间连接件的识别与选用 齿式联轴器 如图4 38所示 它是利用内 外齿啮合以实现两轴偏移的补偿 外齿径向有间隙 可补偿两轴径向偏移 外齿顶部制成球面 球心在轴线上 可补偿两轴之间的角偏移 滑块联轴器 图4 39所示滑块联轴器由两个带有凹槽的半联轴器1 3和两面带有凸块的中间盘2组成 半联轴器1 3分别与主 从动轴连接成一体 实现两轴的连接 凸块与凹槽相互嵌合并作相对移动可补偿径向偏移 万向联轴器 万向联轴器由两个具有叉状端部的万向接头和十字销组成 2 弹性联轴器 上 页下 页返回 任务4 2轴间连接件的识别与选用 1 弹性套柱销联轴器 弹性套柱销联轴器的构造与凸缘联轴器相似 只是用带有弹性套的柱销代替了螺栓连接 2 弹性柱销联轴器 如图4 43所示 弹性柱销联轴器是用尼龙柱销将两个半联轴器连接起来 这种联轴器结构简单 更换柱销方便 为了防止柱销滑出 在柱销两端配置挡圈 3 轮胎式联轴器 如图4 44所示 轮胎联轴器是由橡胶或橡胶织物制成轮胎形的弹性元件 用压板与螺栓压紧在两半联轴器之间 上 页下 页返回 任务4 2轴间连接件的识别与选用 二 联轴器的选用1 联轴器类型的选择根据工作载荷的大小和性质 转速高低 两轴相对偏移的大小和装拆维护等方面的因素 结合各类联轴器的性能 并参照同类机器的使用经验来选择联轴器的类型 2 联轴器的型号选择联轴器的类型确定后 应根据轴端直径 转矩大小 转速 空间尺寸等要求确定联轴器型号 具体步骤如下 1 计算名义转矩 上 页下 页返回 任务4 2轴间连接件的识别与选用 2 计算转矩 3 选择联轴器型号 计算转矩应小于等于所选型号的许用最大转矩 工 即转速n应小于等于所选型号的许用最高转速 n 即4 9离合器 上 页下 页返回 任务4 2轴间连接件的识别与选用 一 牙嵌式离合器如图4 45所示 牙