第4篇 轴、轴承、联轴器.ppt

第16章轴 16 1概述 16 2轴的结构设计 16 3轴的强度计算 16 4轴的刚度计算 16 5轴的临界转速 16 6提高轴的强度 刚度和减轻重量的措施 第4篇轴 轴承 联轴器 16 1概述 按轴线形状分 直轴曲轴 光轴阶梯轴 16 1 1轴的分类 轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力 根据轴的承载能力分为 转轴 心轴 传动轴表16 1转轴 同时承受弯矩和扭矩的轴 如减速器的轴 心轴 只受弯矩 不受转矩 如火车车轮轴 传动轴 主要受转矩 不受弯矩或弯矩很小 如汽车的传动轴 16 1 2轴的材料主要采用 碳素钢和合金钢碳素钢 最常用45钢 进行调质或正火处理 不重要的或受力较小的轴可以使用Q235 Q275 碳素钢比合金钢价廉 对应力集中的敏感性比较低 适用于一般要求的轴 合金钢 可传递大功率并要求减小质量和提高轴径耐磨性时采用 合金铸铁或球墨铸铁 可用于制造外形复杂的轴 且具有价廉 良好的吸振性和耐磨性 以及对应力集中的敏感性较低等优点 但是质较脆 16 1 3轴设计的主要问题轴的承载能力验算 指的是轴的强度 刚度和振动稳定性等方面的验算 在结构设计上应满足的要求 1 轴向定位 2 周向定位 轴和轴上零件要有准确 牢固的工作位置 3 耐磨性 4 轴应具有良好的制造工艺性等 5 对重型轴还须考虑毛坯制造 探伤 起重等问题 6 尽量避免应力集中 7 轴上零件装拆 调整方便 轴的结构工艺性在满足使用要求的前提下 轴的结构越简单 工艺性越好 轴的加工工艺要求 1 为了便于装配零件并去掉毛刺 轴端应制出45 的倒角 需要磨削的轴端 应留有砂轮越程槽 需要切制螺纹的轴段 应留有螺纹退刀槽等 2 同一根轴上的多个键槽应安排在同一条加工母线上 为了减少加工刀具 倒角 过渡圆弧半径 键槽相应尺寸应尽量一致 减少换刀次数 16 2 1轴的毛坯尺寸较小的轴 圆钢车制尺寸较大的轴 锻造毛坯轴一般是实心轴 有特殊要求时也可制成空心轴 如航空发动机的主轴 16 2 2轴径 轴头 轴身轴主要由 轴径 轴头 轴身三部分组成 轴径 轴上被支承部分 轴头 安装轮毂部分 轴身 联接轴径和轴头的部分 16 2轴的结构设计 16 2 3轴上零件的定位 1 轴上零件的轴向固定轴肩 挡圈 圆螺母 套筒 圆锥形轴头等 注意 轴段长度应比相配合的轮毂长度短 2 4 mm 为了使轴上零件与轴肩端面紧密贴合 应保证轴的圆角半径ra 轮毂孔的倒角高度C 或圆角半径r 轴肩高度a之间有下列关系 ra C ara r a2 轴上零件的周向固定键 花键 成形 弹性环 销 过盈等联接 16 2 4结构草图画法 各轴毂直径和长度的确定 例1 首先按轴所受的扭矩估算轴径 作为轴的最小轴径dmin 有配合要求的轴段 应尽量采用标准直径 安装标准件的轴径 应满足装配尺寸要求 有配合要求的零件要便于装拆 应保证轴上零件能可靠的轴向固定 16 3轴的强度计算 有三种方法 许用切应力计算 许用弯曲应力计算 安全系数校核计算 许用切应力计算 只需知道转矩的大小 方法简便 但精度低 应用情况 1 传递以转矩为主的传动轴 2 初步估算轴径以便进行结构设计 3 不重要的轴 许用弯曲应力计算 先知道作用力的大小和作用点的位置 轴承跨距 各段轴径等参数 先按转矩估算轴径 并进行轴的结构设计 画出轴的弯扭合成图 然后计算危险截面的最大弯曲应力 安全系数校核计算 计算精度高 但计算较复杂 C 查表16 2当轴上有键槽时 应适当增大轴径 单键增大3 双键增大7 16 3 1按许用切应力计算 16 3 2按许用弯曲应力计算强度条件计算 计算顺序 1 画出轴的空间受力简图 2 分别作出水平面上的弯矩图和垂直面上的弯矩图 3 作出合成弯矩图 4 作出转矩图 5 绘出当量弯矩图 计算应满足下列条件 16 3 3安全系数校核计算 略 例2 例1 有一传动轴 由电动机带动 已知传递的功率P 10KW 转速n 120r min 试估算轴的直径 例2 两级标准圆柱齿轮减速器输出轴的结构 已知齿轮分度圆直径d 332mm 作用在齿轮上圆周力Ft 7780N 径向力Fr 2860N 轴向力Fa 1100N 单向工作 支点与齿轮中点的距离L1 140mm L2 80mm 受力简图如图所示 求 1 计算支承反力 2 画出轴的弯矩图 合成弯矩图及转矩图 3 指出危险剖面的位置 作业 一直齿圆柱齿轮减速器 小齿轮Z1 18 大齿轮Z2 82 模数m 4mm 传动功率P 4KW 电动机转速n 1470r min 大小齿轮啮合效率 0 95 大齿轮与轴用单键周向固定 试确定大齿轮所在轴各段的最小直径 16 5轴的临界转速 轴的振动 轴的转速达到一定值时 运转便不稳定而发生显著的反复变形 这现象称为轴的振动 轴是一弹性体 旋转时 会产生弯曲振动 扭转振动及纵向振动 当轴的振动频率与轴的自振频率相同时 就会产生共振 轴的临界转速 共振时轴的转速称为临界转速 临界转速可以有很多个 其中一阶临界转速下振动最为激烈 最为危险 刚性轴 工作转速低于一阶临界转速的轴 挠性轴 工作转速超过一阶临界转速的轴 一般情况下 应使轴的工作转速n 0 75 0 8 ncr1 或1 4ncr1 n 0 7ncr2 满足上述条件的轴就是具有了弯曲振动的稳定性 ncr1 轴的第一阶临界转速 ncr2 轴的第二阶临界转速 16 6提高轴的强度 刚度和减轻重量的措施 1 合理布置轴上零件 减小轴受转矩2 改进轴上零件结构 减小轴受弯矩3 采用载荷分担的方法减小轴的载荷4 采用力平衡或局部相互抵消的办法减小轴的载荷5 改变支点位置 改善轴的强度和刚度6 改进轴的结构 减小应力集中7 改善表面品质提高轴的疲劳强度 补 轴系结构中的错误1 轴上零件的轴向和周向定位a 联轴器 齿轮 锥齿轮等的周向定位 用A型平键定位时 键应在同一加工母线上 且键顶不与轮毂接触 b 齿轮等的轴向定位 轴段长度应比相配合的轮毂长度短2 4mm 2 传动件与静止件的关系a 联轴器与轴承盖应不接触 b 轴与轴承透盖接触 里面应放有毛毡 3 零件的结构工艺性方面a 箱体两端面与轴承盖接触处应有凸台 避免加工面积过大 b 轴承盖外端面加工面积过大 c 轴的两端不应伸出过长 以免增加了加工和装配长度 4 装拆与调整方面a 轴上应有台阶 轴承等零件装配方便 b 套筒不应过高 否则轴承无法拆卸 套筒高度不应超过轴承内圈高度 c 箱体两端与轴承盖间应有调整垫片 否则无法调整轴承间隙 5 润滑与密封方面a 轴与轴承透盖间缺密封措施 里面应放有毛毡等 b 缺挡油环 例1 例2 例3 1 根据轴的承载情况可分为 转轴 心轴 传动轴 2 工作时既受弯矩又传递转矩的轴是 转轴 3 只受弯矩不受转矩的轴称为 轴 A 转轴B 心轴C 传动轴D 以上三种轴均可以 B 4 心轴是只承受弯矩作用的轴 5 轴的阶梯过渡圆角半径在满足轴上零件轴向固定可靠的条件下 应尽量采用较大值 6 轴由三部分组成 轴颈 轴头 轴身 7 在进行轴的结构设计时 为什么要设置轴肩 轴肩高度根据什么条件来确定 轴肩起轴向定位作用 轴肩高度根据ra C ara r a 第17章滑动轴承 17 1概述 17 2径向滑动轴承的主要类型 17 3滑动轴承材料 17 4轴瓦结构 17 5轴承润滑材料 17 6润滑方式 17 7滑动轴承的条件性计算 17 8液体动力润滑的基本方程式 17 9液体动力润滑径向轴承的计算 17 10 17 11 17 1概述 按承受载荷的方向 径向轴承推力轴承 滑动轴承设计包括下列 1 决定轴承的结构型式 2 选择轴瓦和轴承衬的材料 3 决定轴承结构参数 4 选择润滑剂和润滑方法 5 计算轴承工作能力 根据轴承工作的摩擦性质分 滑动轴承滚动轴承 17 2 1整体式轴承最常用的轴承座材料为铸铁 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 缺点 因磨损而造成的间隙无法调整 只能从沿轴向装入或拆出 17 2径向滑动轴承的主要类型 17 2 2剖分式轴承 对开式径向滑动轴承 由轴承座 轴承盖 剖分轴瓦 轴承衬 轴承盖螺柱等组成 特点 结构复杂 可以调整磨损而造成的间隙 安装方便 宽径比 B d 轴承宽度与轴径直径之比 对开式轴承 整体轴套 对开式轴承 剖分轴套 轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料 17 3 1对轴承材料的要求轴瓦的主要失效形式是 磨损 图片1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13对轴瓦材料主要考虑一下几方面性能 1 强度 塑性 顺应性和嵌藏性 2 磨合性 减磨性和耐磨性 3 耐腐蚀性 4 润滑性能和热学性能 5 工艺性 6 经济性 17 3滑动轴承材料 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 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 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 17 3 2轴承材料的分类常用的轴承材料分三类 1 金属材料2 多孔质金属材料 具有自润滑性能 3 非金属材料1 轴承合金轴承合金 巴氏合金或白合金 嵌入性与顺应性最好 磨合性良好 但强度低只作为轴承衬使用 性能好 用于重载 中高速场合 价格较高 锡基轴承合金 铝基轴承合金表12 2 铜合金有较高的强度 较好的减摩性和耐磨性 青铜比黄铜好 其中锡青铜减摩性和耐磨性最好 但锡青铜嵌入性 顺应性 磨合性比轴承合金差 用于重载及中速场合 价格较贵 铅青铜抗粘附能力强 用于重载及高速场合 铝青铜的强度与硬度较高 抗粘附能力差 用于重载及低速场合 应用广泛 5 粉末冶金材料 多孔金属材料 烧结而成 6 非金属材料 塑料 橡胶 碳 石墨 木材等 3 铝基合金 略 4 灰铸铁 耐磨铸铁 略 多材料 整体式 薄壁轧制轴瓦 多材料 对开式厚壁铸造轴瓦 单材料 整体式厚壁铸造轴瓦 17 4 1轴瓦和轴承衬 轴瓦的形式和构造 图17 4图17 5 17 4轴瓦结构 薄壁轴瓦 轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟 以利于润滑油均匀分布在整个轴径上 进油孔 油沟 厚壁轴瓦 整体轴套 卷制轴套 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 17 4 2油孔 油沟和油室油孔 用来供应润滑油 油沟 用来输送和分布润滑油 油室 它可使润滑油沿轴向均匀分布 并起着贮油和稳定供油的作用 原则 润滑油应该自油膜压力最小的地方输入轴承 油沟不应该开在油膜承载区内 否则会降低油膜的承载能力 轴向油沟应较轴承宽度稍短 以免油从油沟端部大量流失 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 目的 减小摩擦功耗 降低磨损率 同时还可起冷却 防尘 防锈以及吸振等作用 17 5 1润滑油粘度越大 承载能力越大 一般原则 P339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 17 5 2润滑脂轴径速度小于1m s 2m s的轴承可以采用脂润滑 17 5轴承润滑材料 17 6 1油润滑1 滴油润滑2 芯捻或线纱润滑3 油环润滑4 飞溅润滑5 浸油润滑6 压力循环润滑 17 6润滑方法 17 6 2脂润滑润滑方式根据系数k选定 k 2用润滑脂 油杯润滑 k 2 16针阀式注油油杯润滑k 16 32油环或飞溅润滑k 32压力循环润滑 不完全液体润滑 采用润滑脂 油绳或滴油润滑的径向滑动轴承 由于轴承中得不到足够的润滑剂 轴承只能在混合摩擦润滑状态下运转 A 失效形式 边界油膜破裂 引起过度磨损 胶合 B 设计准则 耐磨性条件 边界油膜不破裂 由于这类轴承的承载能力不仅与边界膜的强度及破裂温度有关 而且与轴承的材料 轴颈及轴承表面粗糙度 润滑油的供给量等因素有密切的关系 因此在工程上常以维持边界膜不遭破坏为最低设计要求 采用简化的条件性计算方法 该方法只适用与一般对工作可靠性要求不高的低速 重载或间隙工作的滑动轴承 17 7滑动轴承的条件性计算 17 7 1径向轴承1 限制轴承的平均压力p MPa 为了不产生过度磨损 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 2 限制轴承的pv值控制温升 防止胶合 轴承的发热量与单位面积上表征摩擦功耗的upv成正比 故限制pv值也就限制轴承的温升 3 限制滑动速度v为了不产生过度磨损 例1 设某蜗杆减速器的蜗轮轴两端采用混合摩擦润滑径向滑动轴承支撑 已知 蜗杆转速n 60r min 轴材料为45钢 轴径直径d 80mm 轴承宽度B 80mm 轴承载荷F 80000N 轴瓦材料为锡青铜ZCuSnP1 p 15MPa v 10m s p v 15Mpa m s 试校核此向心滑动轴承 作业 有一采用混合摩擦润滑径向滑动轴承 已知 轴径直径d 60mm 轴承宽度B 60mm 轴瓦材料为铝青铜ZCuAl10Fe3 p 15MPa v 4m s p v 12Mpa m s 试求 1 轴允许的最大转速n 2 当轴的转速n 900r min时 允许的载荷Fmax为多少 3 当载荷F 36000N 轴的允许转速nmax为多少 摩擦种类 干摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦 流体摩擦 用润滑油把摩擦表面完全分隔开时的摩擦 流体润滑主要有 流体动力润滑 弹性流体动力润滑 流体静力润滑 流体动力润滑 液体动压轴承流体静力润滑 液体静压轴承17 8 1雷诺润滑方程式假设 1 忽略压力对流体粘度的影响 实际上粘度随压力的增高而增加 2 润滑油沿Z向没有流动 3 润滑油是层流流动 4 油与工作面吸附牢固 表面油分子随工作表面一同运动或静止 5 不计油的惯性力和重力的影响 6 润滑油不可压缩 等等 17 8液体动力润滑的基本方程式 动压润滑的形成和原理和条件 先分析平行板的情况 板B静止 板A以速度向左运动 板间充满润滑油 无载荷时 液体各层的速度呈三角形分布 近油量与出油量相等 板A不会下沉 但若板A有载荷时 油向两边挤出 板A逐渐下沉 直到与B板接触 两平形板之间不能形成压力油膜 如两板不平行板 板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布 且板A有载荷 当板A运动时 两端速度若成虚线分布 则必然进油多而出油少 由于液体实际上是不可压缩的 必将在板内挤压而形成压力 迫使进油端的速度往内凹 而出油端的速度往外鼓 进油端间隙大而速度曲线内凹 出油端间隙小而速度曲线外凸 进出油量相等 同时间隙内形成的压力与外载荷平衡 板A不会下沉 这说明了在间隙内形成了压力油膜 这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜 各截面的速度图不一样 从凹三角形过渡到凸三角形 中间必有一个位置呈三角形分布 动压油膜 因运动而产生的压力油膜 油压的变化与润滑油的粘度 表面滑动速度和油膜厚度的变化有关 流体动力润滑形成的必要条件 1 楔形空间 2 相对运动 保证流体由大口进入 3 润滑油必须有一定的粘度 且供油要充分 动画 雷诺方程 17 9 1几何关系 最小油膜厚度hminhmin e r 1 任意位置处的油膜厚度hh 1 cos 偏心距e偏心率 e 半径间隙 R r 17 9液体动力润滑径向轴承的计算 相对间隙 r 17 9 2动力润滑状态的建立1 轴的起动阶段2 不稳定润滑阶段3 液体动力润滑运行阶段 Fy F Fx 0 Fy F Fx 0 向心轴承动压油膜的形成过程 静止 爬升 将轴起抬转速继续升高 质心左移 稳定运转达到工作转速 e 偏心距 a 静止b 启动c 稳定运转 注意转向与轴颈在轴承中的位置关系 2 校核层流条件一般 雷诺数Re 2000 为层流 对于径向轴承 层流必须满足的条件为 若雷诺数为湍流 17 9 3承载能力和索氏数So 17 9 6轴承的热平衡计算热平衡条件 单位时间内轴承摩擦所产生的热量等于同时间内所散发的热量 轴承平均温度不超过75 最小油膜厚度hmin的确定hmin越小则 越大 轴承的承载能力就越大 但是保证最小油膜厚度hmin处的表面不平度高峰不直接接触 即 17 9 7保证液体动力润滑的条件 1 必须有充分的油量供应到轴承间隙 2 形成收敛油楔 3 保证最小油膜厚度hmin处的表面不平度高峰不直接接触 17 9 8参数选择 1 宽径比B d一般取值0 3 1 5 B d小 轴承轴向尺寸小 P大 运转平稳 增大端泄量以降低温升 但承载能力 一般 高速 B d应取小值 重载 B d应取大值 2 相对间隙 小时 承载大 大时 散热好 一般 速度高 取大一些 可以增加散热 载荷大 取小一些 可以提高承载能力 直径大 宽径比小 调心性能好 加工精度高时 值取小值 反之取大值 3 平均压强P压强P取值大一些 可以减小轴承尺寸 并使运转平稳 但压强过高 轴承容易破坏 1验算滑动轴承最小油膜厚度hmin的目的是 A 确定轴承是否能获得液体润滑B 控制轴承的发热量C 计算轴承内部的摩擦阻力D 控制轴承的压强P2在图所示的下列几种情况下 可能形成流体动力润滑的有 1A2BE 3巴氏合金是用来制造 A 单层金属轴瓦B 双层或多层金属轴瓦C 含油轴承轴瓦D 非金属轴瓦4在滑动轴承材料中 通常只用作双金属轴瓦的表层材料 A 铸铁B 巴氏合金C 铸造锡磷青铜D 铸造黄铜5液体润滑动压径向轴承的偏心距e随而减小 A 轴颈转速n的增加或载荷F的增大B 轴颈转速n的增加或载荷F的减少C 轴颈转速n的减少或载荷F的减少D 轴颈转速n的减少或载荷F的增大6不完全液体润滑滑动轴承 验算是为了防止轴承 A 过度磨损B 过热产生胶合C 产生塑性变形D 发生疲劳点蚀 3B4B5B6B 7设计液体动力润滑径向滑动轴承时 若发现最小油膜厚度hmin不够大 在下列改进设计的措施中 最有效的是 A 减少轴承的宽径比B 增加供油量C 减少相对间隙D 增大偏心率9温度升高时 润滑油的粘度 A 随之升高B 保持不变C 随之降低D 可能升高也可能降低10动压润滑滑动轴承能建立油压的条件中 不必要的条件是A 轴颈和轴承间构成楔形间隙B 充分供应润滑油C 轴颈和轴承表面之间有相对滑动D 润滑油温度不超过50 7A8B9C10D 11运动粘度是动力粘度与同温度下润滑油的比值 A 质量B 密度C 比重D 流速12润滑油的 又称绝对粘度 A 运动粘度B 动力粘度C 恩格尔粘度D 基本粘度14两相对滑动的接触表面 依靠吸附油膜进行润滑的摩擦状态称为 A 液体摩擦B 半液体摩擦C 混合摩擦D 边界摩擦 11B12B13D14D 15 液体动力润滑径向滑动轴承最小油膜厚度的计算公式是 15C16B 16在滑动轴承中 相对间隙 16 在滑动轴承中 相对间隙是一个重要的参数 它是与公称直径之比 A 半径间隙 C 最小油膜厚度hminD 偏心率 A半径间隙B 直径间隙 17在径向滑动轴承中 采用可倾瓦的目的在于 A 便于装配B 使轴承具有自动调位能力C 提高轴承的稳定性D 增加润滑油流量 降低温升18采用三油楔或多油楔滑动轴承的目的在于 A 提高承载能力B 增加润滑油油量C 提高轴承的稳定性D 减少摩擦发热19与滚动轴承相比较 下述各点中 不能做为滑动轴承的优点 A 径向尺寸小B 启动容易C 运转平稳 噪音低D 可用于高速情况下20下述材料中 是轴承合金 巴氏合金 A 20CrMnTiB 38CrMnMoC ZSnSb11Cu6D ZCuSn10P1 17B18C19B20C 21设计动压向心滑动轴承时 若通过热平衡计算发现轴承温升过高 在下列改进设计措施中 有效的是 A 增大轴承的宽径比B dB 减小供油量C 增大相对间隙D 换用粘度较高的油22径向滑动轴承的直径增大1倍 长径比不变 载荷不变 则轴承的压强P变为原来的倍 PV值为原来的倍 A 2B 1 2C 1 4D 423宽径比B d是设计滑动轴承时首先要确定的重要参数之一 通常取B d A1 10B0 1 1C0 3 1 5D3 524轴承合金通常用于做滑动轴承的 A轴套B轴承衬C含油轴瓦D轴承座 21C22CB23C24B 25 滑动轴承的宽径比B d愈小 则 A轴承温升愈大B摩擦功耗愈小C承载能力愈大D端泄愈小26 流体动压润滑轴承进行P v Pv的验算是因为 A启动时属于液体润滑状态B运行时属于液体润滑状态 C运行时会发生金属过度磨损D启动时会发生金属过度磨损 27 影响流体动力润滑后滑动轴承承载能力因素有 A轴承的直径B宽径比B dC相对间隙D轴承包角28 非液体摩擦滑动轴承轴承正常的工作时 其工作面的摩擦状态是 A 完全液体摩擦B 干摩擦C 边界摩擦或混合摩擦 25B26B27BCD28 C 29 非液体摩擦滑动轴承主要失效形式是 A工作表面磨损与胶合B 轴承材料塑性变形C工作表面点蚀D 轴承衬合金开裂30 设计动压径向滑动轴承时 若轴承宽径比取得较大 则 A 端泄流量大 承载能力低 温升高B 端泄流量大 承载能力低 温升低C 端泄流量小 承载能力高 温升低D 端泄流量小 承载能力高 温升高32 径向滑动轴承的偏心率是偏心距e与之比 A 轴承半径间隙B 轴承相对间隙C 轴承半径D 轴颈半径 29 A30 D31 C32 A 33 液体动压向心滑动轴承 若向心外载荷不变 减小相对间隙 则承载能力 而发热 A 增大B 减小C 不变34 一滑动轴承公称直径d 80mm 相对间隙 0 001 已知该轴承在液体摩擦状态下工作 偏心率 0 48 则油膜最小厚度hmin A 42umB 38umC 21umD 19um35 在滑动轴承摩擦特性试验中可以发现 随着速度的提高 摩擦系数 A 不断增大B 不断减小C 开始减小 通过临界点进入液体摩擦区后有所增大D 开始增大 通过临界点进入液体摩擦区后有所减小 33 AA34 C35 D 37 滑动轴承的承载量系数将随着偏心率的增加而 相应的最小油膜厚度hmin也随着的增加而 38 在一维雷诺润滑方程中 其粘度是指润滑剂的粘度 39 选择滑动轴承所用的润滑油时 对液体润滑轴承主要考虑润滑油的 对不完全液体润滑轴承主要考虑润滑油的 36 B37 增大 减小38 动力39 粘度 油性 润滑性 36 液体静压轴承与液体动压轴承相比不能做为静压轴承的优点 A 油膜刚度较大B 设备及维护费用低C 能在较低转速下工作D 机器启动和停车时 也能保证液体摩擦 40 滑动轴承的条件性计算包括 41 获得液体动力润滑的条件是 a 相对滑动面之间必须形成收敛油楔 b 要有相当的相对滑动速度 且润滑油从大口流入 小口流出 c 润滑油要有一定的粘度 有足够的供油量 d 应保证最小油膜厚度处的表面不平度高峰不直接接触 42 为保证润滑 油沟应开在轴承的承载区 43 滑动轴承为标准件 44 在不完全液体润滑滑动轴承设计中 限制p值的主要目的是 限制pv值的主要目的是 45 径向滑动轴承的偏心距e随着载荷增大而 随着转速增高而 46在设计动力润滑滑动轴承时 若减小相对间隙 则轴承的承载能力将 旋转精度将 发热量将 47流体的粘度 即流体抵抗变形的能力 它表征流体内部的大小 48润滑油的油性是指润滑油在金属表面的能力 49影响润滑油粘度的主要因素有和 44 过度磨损 过热产生胶合45 增大 减小46增大 提高 增大47摩擦阻力48吸附49温度 压力 50两摩擦表面间的典型摩擦状态是 和 51在液体动力润滑的滑动轴承中 润滑油的动力粘度与运动粘度的关系式为 需注明式中各符号的意义 52螺旋传动中的螺母 滑动轴承的轴瓦 蜗杆传动中的蜗轮 多采用青铜材料 这主要是为了提高能力 53 宽径比较大的滑动轴承 l d 1 5 为避免因轴的挠曲而引起轴承 边缘接触 造成轴承早期磨损 可采用轴承 54 一减速器中的不完全液体润滑径向滑动轴承 轴的材料为45钢 轴瓦材料为铸造青铜ZCuSn5Pb5Zn5承受径向载荷F 35kN 轴颈直径d 190mm 工作长度l 250mm 转速n 150r min 试验算该轴承是否适合使用 提示 根据轴瓦材料 已查得 P 8MPa v 3m s PV 12MPa m s 56 如图所示为两个尺寸相同的液体润滑滑动轴承 其工作条件和结构参数 相对间隙 动力粘度 速度 轴颈直径d 轴承宽度l 完全相同 试问哪个轴承的相对偏心率较大些 哪个轴承承受径向载荷F较大 第18章滚动轴承 18 1概述 18 2滚动轴承的类型和选择 18 3滚动轴承的代号 18 4滚动轴承的力分析 失效和计算准则 18 5滚动轴承的动载荷和寿命计算 18 6滚动轴承的静载荷计算 18 7极限转速 18 8 18 9滚动轴承的组合结构设计 18 10滚动轴承的润滑和密封 18 11 18 1 1构造内圈 与轴径接触 外圈 安装在轴承座孔内 滚动体 使相对运动间的滑动摩擦变为滚动摩擦 保持架 使滚动体等距离分布 并减少滚动体间的摩擦和磨损 18 1概述 18 1 2材料内 外圈 滚动体 GCr15 GCr15 SiMn等轴承钢 热处理后硬度 HRC61 65保持架 低碳钢 铜合金或塑料 聚四氟乙烯18 1 3优缺点优点 1 起动力矩小 有利于在负载下起动 2 运转精度高 可用预紧方法消除游隙 3 轴向尺寸小 结构紧凑 4 某些轴能同时承受Fr和Fa 使机器组合结构简单 5 润滑方便 简单 易于密封和维护 6 不需要用有色金属 7 标准化程度高 成批生产 成本较低 缺点 1 承受冲击载荷能力差 2 高速重载寿命较低 3 高速时噪音 振动较大 4 径向尺寸较大 相对于滑动轴承 应用 广泛应用于中速 中载和一般工作条件下运转的机械设备 滑动轴承适用场合 工作转速特高 特大冲击与振动 径向空间尺寸受到限制或必须剖分安装 以及需在水或腐蚀性介质中工作等场合 补充 比较表 18 2 1滚动轴承的类型公称接触角 轴承外圈与滚动体接触处的法线与垂直于轴线的平面的夹角 承受轴向力的能力 附表表18 1 深沟球轴承 调心球轴承 圆柱滚子轴承 角接触球轴承 圆锥滚子轴承 双向推力球轴承 18 2滚动轴承的类型和选择 接触角 滚动轴承的主要类型 性能与特点按可承受的载荷方向不同 滚动轴承分为三类 能同时承受径向力和较大的轴向力 主要用来承受轴向力 主要用来承受径向力 径向接触轴承 向心角接触轴承 轴向接触轴承 按轴承的结构形式不同分类 深沟球轴承 圆柱滚子轴承 推力球轴承 角接触球轴承 圆锥滚子轴承 调心球轴承 18 2 2滚动轴承类型的选择选用原则 1 n高 载荷小 要求旋转精度高 采用球轴承n低 载荷大 或有冲击载荷时 采用滚子轴承 但滚子轴承对轴线偏斜较敏感 2 同时受Fr和Fa均较大时 可采用角接触球轴承7类 n较高时 或圆锥滚子轴承3类 n较低时 Fr较大 Fa较小时 深沟球 Fa较大 Fr较小时 深沟球 推力球轴承组合 或推力角接触轴承 主要受径向载荷Fr时 用向心轴承主要受轴向载荷Fa n不高时用推力轴承3 当轴的刚性较差或轴承孔不同心时宜用调心轴承 4 为便于装拆和间隙调整 可选用内 外圈分离的轴承 5 经济性 球轴承比滚子轴承便宜 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的特征 18 3滚动轴承的代号 轴承代号由三部分组成 前置代号 基本代号 后置代号 18 3 1基本代号类型代号尺寸系列代号内径代号类型代号 用数字或字母表示不同类型的轴承 常用轴承代号为3 5 6 7 N五类 尺寸系列代号 由两位数字组成 前一位数字代表宽度系列 向心轴承 或高度系列 推力轴承 后一位数字代表直径系列 外径系列代号 特轻 0 1 轻 2 中 3 重 4 宽度系列代号 一般正常宽度为 0 通常不标注 但对圆锥滚子轴承 3类 和调心滚子轴承 2类 不能省略 0 内径代号 表示轴承公称内径的大小 用数字表示 表3 18 3 2前置代号用字母表示 LRKWS GS18 3 3后置代号内部结构代号 用字母表示 CACB分别表示 15 25 40 配置代号 DB 背对背 DF 面对面 DT 串联安装 实例 说明滚动轴承62203和7312AC P6的含义 62203 7 0 312AC P6 轴承代号示例 6308 6 深沟球轴承 3 中系列 08 内径d 40mm 公差等级为0级 游隙组为0组 N105 P5 N 圆柱滚子轴承 1 特轻系列 05 内径d 20mm 公差等级为5级 游隙组为0组 7214AC P4 7 角接触球轴承 2 轻系列 14 内径d 70mm 公差等级为4级 游隙组为0组 公称接触角 15 30213 3 圆锥滚子轴承 2 轻系列 13 内径d 65mm 0 正常宽度 0不可省略 公差等级为0级 游隙组为0组 6103 6 深沟球轴承 1 特轻系列 03 内径d 17mm 公差等级为0级 游隙组为0组 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 T272 93 18 4 1向心轴承中作用力的分布1 受轴向载荷Fa中心轴向力Fa作用下 Fa由各滚动体平均分担2 受径向载荷Fr上半圈滚动体不受力 下半圈滚动体受力 滚动体所受的最大接触载荷为 18 4滚动轴承的力分析 失效和计算准则 Fmax 18 4 2角接触轴承中的附加轴向力Fs由于滚动体与滚道接触点的法线与轴承中心平面有接触角 角接触轴承中会产生附加轴向力Fs 表18 4 角接触轴承中的附加轴向力Fs的方向 由轴承外圈的宽边指向窄边 通过内圈作用于轴上 由于角接触轴承产生附加轴向力 故应成对使用 18 4 3滚动轴承的失效1 疲劳点蚀是最常见的失效形式 滚动体和套圈滚道承受循环接触应力 点蚀使轴承产生振动和噪音而失效 2 塑性变形对于转速很低或间歇摆动的轴承 会因过大的载荷或冲击载荷 使滚动体或内 外圈滚道产生塑性变形 形成不均匀的凹坑 3 磨粒磨损 粘着磨损 胶合 点蚀 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 更多的失效 磨损 胶合 18 4 4滚动轴承的计算准则一般工作条件的回转滚动轴承 应进行接触疲劳寿命计算和静强度计算 对于摆动或转速较低的轴承 只需作静强度计算 高速轴除进行寿命计算外 还需核验极限转速 基本性能参数 满足疲劳寿命要求的基本额定动载荷Cr 径向 或Ca 轴向 满足静强度要求的基本额定静载荷C0r 径向 或C0a 轴向 控制轴承磨损的极限转速N0 18 5 1基本额定动载荷和基本额定寿命 18 5滚动轴承的动载荷和寿命计算 滚动轴承的寿命是指轴承中任一元件出现点蚀之前 轴承的转数或相应的运转小时数 显然 通常谈的滚动轴承寿命是指滚动轴承的疲劳寿命 基本额定寿命 具有90 可靠度 常用材料和加工质量 常规运转条件下轴承的寿命 用L10 r 或L10h h 表示 基本额定动载荷 使轴承的基本额定寿命恰好为106转时 轴承所能承受的载荷值 用字母C表示 即在基本额定动载荷作用下 轴承可以工作106r而不发生点蚀失效 其可靠度为90 18 5 2当量动载荷 在进行轴承寿命计算时 应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承C值的载荷条件相一致当量动载荷 用字母P表示 各类轴承的当量动载荷可按下式计算 式中 Fr与Fa分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷 X Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数 为了计及实际载荷波动的影响 可对当量动载荷乘上一个载荷系数fp 18 5 3基本额定寿命 基本额定寿命计算式 例1 例1 某球轴承 Cr 73 2KN 常温下工作 只受径向力Fr 6100N 轴的转速n 960r min 冲击载荷系数fd 1 2 问 该轴承的基本额定寿命是多少 解 某球滚动轴承的预期寿命是L 10h 当量动载荷为P 基本额定动载荷为C 1 若转速不变 而当量动载荷由P增大到2P 其寿命有何变化 2 若当量动载荷不变 而转速由n增大到2n 不超过极限转速 其寿命又有何变化 例2 18 5 4角接触轴承的载荷计算 1 载荷作用中心 各滚动体的载荷矢量与轴中心线的交点 2 轴向载荷计算 要同时考虑由径向力引起的附加轴向力和作用于轴上的其他工作轴向力 由力的平衡关系进行计算 若Fs1 FA Fs2时 相当于轴承 被 压紧 产生一平衡反力F s2 轴承 被 放松 轴承 的轴向力为Fa2 Fs1 FA轴承 的轴向力为Fa1 Fs1 若Fs1 FA Fs2时 相当于轴承1被 压紧 产生一平衡反力F s1 轴承 被 放松 轴承 的轴向力为Fa1 Fs2 FA轴承 的轴向力为Fa2 Fs2 总结 1 先通过派生轴向力及外加轴向载荷的计算与分析 判断轴承的压紧或放松状态 2 压紧的轴承的轴向力等于除本身内部轴向力外 所有轴向力之代数和 3 放松的轴承的轴向力等于其本身的内部轴向 例2 例3 一轴上装有一对6205轴承支承 Fr 3000N FA 500N 如图所示 轴的转速n 960r min 冲击载荷系数fd 1 2 试分析图中哪个轴承寿命低 是多少 18 5 518 5 6 如图所示的支承结构 采用角接触球轴承 附加轴向力为Fs 0 7Fr 轴上装有一标准斜齿圆柱齿轮 齿轮参数为mn 4 Z 30 10 输入功率P 5KW 轴的转速为1000r min 主动轴 试求 1 齿轮所受力的大小和方向 2 支反力的大小 3 轴承所受的轴向载荷Fa1和Fa2 例4 两种安装形式 正装 面对面 反装 背靠背 例5 如图所示 一轴上装有一对7210型角接触球轴承支承 Fr1 300N Fr2 400N FA 100N Fs 0 4Fr 求Fa1 Fa2 例6 如图所示 根据工作条件决定在轴上反装一对7310型角接触球轴承支承 Fr1 1500N Fr2 1830N FA 340N Fs 0 4Fr 求Fa1 Fa2 面对面安装与背对背安装比较面对面安装与背对背安装比较 作业 1 有一支承采用36000型轴承支承 Fs 0 4Fr 已知 FR 2000N FA 1000N 结构尺寸如图 试计算轴承的轴向载荷 2 有一支承采用36000型轴承支承 Fs 0 4Fr 已知 FR 2000N FA 1000N 结构尺寸如图 试计算轴承的轴向载荷 1 滚动轴承尺寸选择的过程 由力分析确定轴承所承受的Fr与Fa 2 计算滚动轴承寿命的过程 18 6 1基本额定静载荷 18 6滚动轴承的静载荷计算 对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承 其失效形式不是疲劳点蚀 而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的塑性变形 在国家标准中 对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限 基本额定静载荷 用C0表示 基本额定静载荷 径向C0r 轴向C0a 轴承最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时所相当的假想径向静载荷或中心轴向静载荷 18 6 2当量静载荷同时受径向载荷和轴向载荷的轴承 应按当量静载荷进行分析计算 计算方法如下 0径向接触轴承 圆柱滚子轴承 滚针轴承等 P0r Fr 0 45 向心角接触轴承 深沟球轴承 角接触轴承 调心轴承等 P0r X0Fr Y0FaP0r Fr式中 X0 Y0分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数 可查取 45 90 推力角接触轴承 推力角接触球轴承 推力调心滚子轴承等 P0a Fa 2 7Fr 90 轴向接触轴承 推力球轴承 推力圆柱滚子轴承 P0a Fa 按轴承静承载能力选择轴承的公式为 式中 S0为静强度安全系数 可由设计手册查取 18 6 3静载荷计算 18 7极限转速 滚动轴承的极限转速N0 轴承在一定工作条件下 达到所能承受最高热平衡温度时的转速值 N f1f2N0如果轴承的许用转速不能满足使用要求 可采用 1 改变润滑方法 2 改善冷却条件 3 提高轴承公差等级 4 适当增大轴承游隙 5 改用特殊轴承材料和特殊结构保持架 当转速很高时 1 球 滚子2 在内径相同时 外径越小更适用于高速转动3 保持架的材料和结构4 推力轴承的极限转速均很低5 转速不合适时 选精度高 例5 18 9 1滚动轴承轴系支点固定的结构型式 18 9滚动轴承的组合设计 通过轴承与轴和轴承座之间的联接固定 使轴系在机器中有确定的位置 要求 1 使轴上的载荷能可靠的传到机架上去 防止轴沿轴向串动 2 受热膨胀时 轴能自由伸缩 典型的轴系固定方法主要有三种 1 两端单向固定最常用 结构简单 安装调整方便 适于普通工作温度下较短轴 跨距l 400mm 的支承 一端轴承的固定只限制轴沿一个方向的串动 另一端轴承的固定限制另一方向的串动 两端轴承的固定共同限制轴的双向串动 靠外圈端面与轴承端盖间留有间隙补偿轴的受热伸长 间隙的大小或轴承内轴向游隙的大小靠端盖与轴承座端面间调整垫片条调节 2 一端双向固定 一端游动一端轴承的内 外圈均双向固定即限制轴的双向串动 另一端轴承不固定 为游动支承 特点 轴的位置准确 但结构较复杂 适用于转速较高 温差较大和跨距较大长轴 L 350mm 演示1 2 3 4 5 6 7 8 3 两端游动支承 人字齿轮高速主动轴两端轴承的固定均不限制轴的轴向串动 均为游动支承 例如 人字齿圆柱齿轮传动中的小齿轮轴必须采用两端游动支承 但大齿轮的轴向位置必须固定 使轴能左右双向游动以自动补偿轮齿左右两侧螺旋角的制造误差 使轮齿受力均匀 采用圆柱滚子轴承 靠滚子与外圈间的游动来实现 滚动轴承的安装与拆卸 装拆滚动轴承时 不能通过滚动体来传力 以免造成滚道或滚动体的损伤 由于轴承的配合较紧 装拆时以使用专门的工具为宜 错误的施力 正确的施力 配合过盈量小的中 小型轴承可用手锤打入或压力机压入 配合过盈量大的轴承常用温差法装配 18 9 2滚动轴承的配合 配合过紧 游隙过小或消失 影响轴承正常运转 f 发热 易损坏配合过松 游隙增大 影响旋转精度 且受载滚动体数 承载能力 轴承内圈与轴 基孔制 常用 js6 j6 k6 m6 n6松 紧轴承外圈与轴承座孔 基轴制 常用 G7 H7 JS7 J7松 紧一般说来 尺寸大 载荷大 振动大 转速高或工作温度高等情况下应选紧一些的配合 而经常拆卸或游动套圈则采用较松的配合 18 9 3提高轴系刚度的措施 1 选用合理的轴承类型2 合理安排轴承的组合方式面对面安装与背对背安装比较表18 16面对面安装与背对背安装比较3 轴承预紧预紧的目的 1 增加轴承刚度 2 提高旋转精度 3 减小振动和噪音 延长轴承寿命 18 10滚动轴承的润滑和密封 18 10 1滚动轴承的润滑 润滑的目的 降低摩擦阻力和减轻磨损 也有吸振 冷却 防锈和密封等作用 润滑方式的选择 一般高速时采用油润滑 低速时采用脂润滑两类 选择润滑方式时 可查阅各类润滑方式的dn值界限表 作用 阻止润滑剂流失 也防止外界灰尘 水 酸气和其它杂物进入轴承 密封装置可分为 非接触式密封和接触式密封 18 10 2滚动轴承的密封 1若转轴在载荷作用下弯曲较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度 宜选用类型代号为的轴承 A 1或2B 3或7C N或NUD 6或NA2一根轴只用来传递转矩 因轴较长采用三个支点固定在水泥基础上 各支点轴承应选用 A 深沟球轴承B 调心球轴承C 圆柱滚子轴承D 调心滚子轴承3滚动轴承内圈与轴颈 外圈与座孔的配合 A 均为基轴制B 前者基轴制 后者基孔制C 均为基孔制D 前者基孔制 后者基轴制4为保证轴承内圈与轴肩端面接触良好 轴承的圆角半径r与轴肩处圆角半径r1应满足的关系 A r r1B r rlC r r1D r rl 1A 2B 3D 4B 5不宜用来同时承受径向载荷和轴向载荷 A 圆锥滚子轴承B 角接触球轴承C 深沟球轴承D 圆柱滚子轴承6只能承受轴向载荷 A 圆锥滚子轴承B 推力球轴承C 滚针轴承D 调心球轴承7通常应成对使用 A 深沟球轴承B 圆锥滚子轴承C 推力球轴承D 圆柱滚子轴承8跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用 A 深沟球轴承B 圆锥滚子轴承C 调心滚子轴承D 圆柱滚子轴承 5D 6B 7B 8C 9不是滚动轴承预紧的目的 A 增大支承刚度B 提高旋转精度C 减小振动噪声D 降低摩擦阻力10滚动轴承的额定寿命是指同一批轴承中的轴承能达到的寿命 A 99 B 90 C 95 D 50 11适用于多支点轴 弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承 A 深沟球轴承B 圆锥滚子轴承C 角接触球轴承D 调心轴承12角接触轴承承受轴向载荷的能力 随接触角的增大而 A 增大B 减小C 不变D 不定 9D 10B 11D 12A 13 滚动轴承的基本额定动载荷是指 A 基本额定寿命为106转时 轴承所能承受的最小载荷B 在标准试验载荷作用下 轴承所能承受的载荷C 运行106转时 不发生疲劳点蚀的概率为90 时的恒定载荷D 同一批轴承进行寿命试验中 破坏率达到10 时所对应的载荷 C 14 某球滚动轴承的预期寿命L10h是 当当量动载荷P增大到2P 转速由n增大到2n时 其寿命是原来的 A 1 2B 1 8C 1 16D 2 C 16 在保证轴承工作能力的条件下 调心球轴承内 外圈轴线间可倾斜的最大角度为 而深沟球轴承内 外圈轴线间可倾斜的最大角度为 A3 4 B8 16 C1 2 D2 3 17 采用滚动轴承轴向预紧措施的主要目的是 A提高轴承的旋转精度B提高轴承的承载能力C降低轴承的运转噪声D提高轴承的使用寿命18 各类滚动轴承的润滑方式 通常可根据轴承的 来选择 A转速nB当量动载荷PC轴颈圆周速度vD内径与转速的乘积dn 16 B17 A18 D 19 下列各类轴承中 能很好地承受径向载荷与轴向载荷的联合作用 而则具有良好的调心作用 A 短圆柱滚子轴承B 推力球轴承C 圆锥滚子轴承D 调心滚子轴承E 深沟球轴承20 只能承受轴向载荷的滚动轴承的类型代号为 轴承必须成对使用 A 6 型B N 型C 7 型D 5 型21 下列四种型号的滚动轴承中 只能承受径向载荷的是 A6208B N208C 3208D 5120822 代号为7212AC的滚动轴承 对它的承载情况描述最准确的是 A 只能承受径向负荷B 单个轴承能承受双向轴向负载C 只能承受轴向负载D 能同时承受径向负荷和单向轴向负荷 19 CD20 DC21 B22 D 23 在滚动轴承工作特性试验中可以发现 负荷一定时 随着转速的提高 摩擦系数f A 不断增大B 不断减小C 开始减小 临界点后有所增大 D 开始增大 临界点后有所减小 24 判断下列轴承的承载的方向 6310可承受 7310可承受 30310可承受 5310可承受 N310可承受 A 径向载荷B 轴向载荷C 径向载荷与单向轴向载荷D 径向载荷与双向轴向载荷25 以下各滚动轴承中 轴承公差等级最高的是 承受径向载荷能力最高的是 AN207 P4B6207 P2C5207 P6 23 D24 DCCBA25 BA 26 以下各滚动轴承中 承受径向载荷能力最大的是 能允许的极限转速最高的是 AN309 P2B6209C30209D630928 对滚动轴承进行油润滑 不能起到的作用 A 降低摩擦阻力B 加强散热 降低温升C 密封D 吸收振动29 在进行滚动轴承组合设计时 对支承跨距很长 工作温度变化很大的轴 为适应轴有较大的伸缩变形 应考