轴承的使用及维护

14 0导言 14 1滑动轴承 14 2滚动轴承的类型及代号 14 3滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 14 4滚动轴承的组合设计 14 5滚动轴承的使用与维护 第14章轴承 2 6摩擦 磨损和润滑 2 6 1摩擦 1 摩擦 在正压力作用下的两相接触的物体 接触面间产生抵抗切向滑动阻力的现象称为摩擦 2 分类 1 按运动形式摩擦可分为滑动摩擦和滚动摩擦 滑动摩擦 作相对滑动的两接触物体间的摩擦 如滑动轴承的轴瓦与轴颈 丝杆与螺母间的摩擦 滚动摩擦 作相对滚动的以点或线接触的两物体 其接触处产生的摩擦 如滚动轴承中滚动体与内 外圈间 滚动螺旋与螺母 齿轮轮齿在节点啮合时的摩擦 滚动摩擦要比滑动摩擦小得多 2 按摩擦状态来分 滑动摩擦又分为 干摩擦 流体摩擦 边界摩擦和混合摩擦 11 1摩擦 磨损和润滑 干摩擦 摩擦面间不加润滑剂时的摩擦为干摩擦 图 a 干摩擦时 金属表面直接接触 摩擦大 磨损严重 应予避免 依靠摩擦力工作的零件除外 11 1摩擦 磨损和润滑 边界摩擦 摩擦副间有少量润滑剂 图 b 摩擦表面上形成极薄的润滑剂膜 强度低 易破裂 致使摩擦面间部分直接接触 这种摩擦为边界摩擦 其摩擦和磨损均比干摩擦时小 11 1摩擦 磨损和润滑 流体摩擦 摩擦副表面间被一层压力流体完全隔开时的摩擦称为流体摩擦 图 c 摩擦只产生于流体内部分子间 摩擦系数很小 是理想的摩擦状态 11 1摩擦 磨损和润滑 混合摩擦 处于边界摩擦与流体摩擦的混合状态称为混合摩擦 图 d 混合摩擦时 大部分摩擦面处于流体摩擦 少量表面轮廓峰直接接触 其摩擦系数要比边界摩擦小得多 11 1摩擦 磨损和润滑 磨损 1 磨损 摩擦使零件表面材料逐渐损失的现象称为磨损 2 耐磨性 材料抵抗磨损的能力称为耐磨性 3 磨损量 被磨损去的表面厚度称为磨损量 4 磨损过程 一般机械零件的磨损过程分为 磨合阶段 稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段 2 6摩擦 磨损和润滑 5 磨损类型 1 粘着磨损 这是金属摩擦副中最普遍的一种磨损形式 2 磨粒磨损 这是一种机械磨损 甚为常见 如开式齿轮的磨损 3 疲劳磨损 受变接触应力作用的摩擦副 表面形成疲劳点蚀 小片金属剥落 称为疲劳磨损 4 腐蚀磨损 金属表面材料与周围介质起化学反应或电化学作用而造成材料脱落 这是一种机械化学磨损 6 减少磨损的方法 减少磨损的方法应结合磨损类型来考虑 一般为 合理选择摩擦副材料 表面硬度和表面粗糙度 良好的润滑 形成流体润滑 或采用含油性和极压添加剂的润滑剂 合理选择润滑油粘度 降低摩擦副表面温度 控制压强等 11 1摩擦 磨损和润滑 润滑 润滑就是向摩擦表面供给润滑剂 润滑的主要目的是为了减小摩擦 减少磨损和冷却零件 此外 润滑还有防止零件锈蚀 缓冲吸振 洗除污物和密封等作用 润滑问题包括选用合适的润滑剂 润滑方式和确定润滑装置 润滑剂分为液体润滑剂 半固体润滑剂 固体润滑剂和气体润滑剂等四大类 对于一般机械设备 通常采用润滑油或润滑脂润滑 1 润滑油 工业用润滑油有矿物油和合成油两类 润滑油的牌号是按照油的粘度来划分的 对于工业用润滑油 标准把温度在40 时运动粘度在范围内的油分为18个牌号 每个牌号表示粘度数字中心值的整数 牌号数字愈大 油粘度愈高 即愈稠 11 1摩擦 磨损和润滑 常用润滑油的性能和用途 2 润滑油的主要性能指标 1 粘度 粘度是润滑油抵抗剪切变形的能力 它反映润滑油流动时内部摩擦阻力的大小 粘度是润滑油最重要的性能指标 粘度有动力粘度与运动粘度之分 前者用于流体动力计算 后者为动力粘度与密度之比值 常用于工业上 运动粘度的法定单位为 常用单位为 2 粘度指数 温度是影响油粘度的最重要的因素 温度升高 粘度将显著降低 粘度指数是衡量润滑油粘度随温度变化快慢的程度 粘度指数越大 温度变化对粘度的影响越小 说明油品的粘温性能越好 3 油性 油性是指润滑油湿润或吸附于干摩擦表面的性能 吸附能力越强 油性越好 11 1摩擦 磨损和润滑 4 极压性 是润滑油中加入含硫 氯 磷的有机极性化合物后 油中极性分子在金属表面生成抗磨 耐高压化学反应膜的能力 机械在高速重载条件下工作时 要选用极压性好的油作润滑 5 闪点 闪点是润滑油在规定条件下加热并与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度 它是一个使用安全指标 一般要求油闪点高于工作温度20 30 6 凝点 润滑油在规定条件下冷却 失去流动性的最高温度称为凝点 反映其可使用的最低温度 一般要求凝点比最低使用温度低5 10 国外常采用倾点表示油的凝固温度 倾点为油品在给定条件下丧失流动性的温度以上3 的温度 3 润滑油的选用选用润滑油主要是确定油品的种类和粘度 牌号 一般根据机械设备的工作条件 载荷和速度先确定出合适的粘度范围 再选择适当的润滑油品种 选择的原则是 在下列情况下宜选用粘度高的润滑油 高温 重载 低速 机器工作中有冲击 振动并经常变速变载 起动 停车 反转 轴与轴承间间隙较大 加工表面粗糙等 在下列情况下可选用粘度低的润滑油 高速轻载 低温 采用压力循环或滴油润滑 11 1摩擦 磨损和润滑 润滑脂是润滑油与稠化剂的膏状混合物 润滑性能主要取决于所用的润滑油 稠化剂的种类和含量 1 润滑脂的种类 2 润滑脂 润滑脂分为矿物油润滑脂和合成油润滑脂两大类 矿物油润滑脂通常按所用的稠化剂来分类和命名 品种繁多 性能各异 一些常用润滑脂的性能和用途 11 1摩擦 磨损和润滑 3 添加剂为了改善润滑油 脂的使用性能 常加入一定量的其它物质 添加剂 使其更好地满足不同使用场合的各种需要 添加剂种类很多 按所起的作用可分为 极压添加剂 油性剂 抗氧抗腐剂 粘度指数改进剂 降凝剂等等 3 润滑脂的特点与润滑油相比 润滑脂有如下特点 1 粘附能力强 油膜强度高 具有耐高压和极压性 故承载能力较大 2 适用于高温 极压 低速 冲击振动 间歇运转等苛刻工况条件 3 使用温度范围宽广 密封性好 4 使用寿命长 耗量少 润滑方便和维护较简单 流动性差 摩擦阻力较大 不宜用于特别高速高温场合 5 脂中混入污物后不易清除 润滑脂特别适用于滚动轴承的润滑 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 轴承是支承轴颈的部件 有时也用来支承轴上的回转零件 如行星齿轮系中的行星轮和带传动中的张紧轮等 根据轴承中摩擦性质的不同 轴承可分为滑动摩擦轴承 简称滑动轴承 和滚动摩擦轴承 简称滚动轴承 两大类 滑动轴承和滚动轴承各有其优缺点和适用场合 由于滚动轴承是由专业工厂大批量生产并已标准化 且具有摩擦系数小 启动灵活 互换性好 使用维护方便等特点 故目前应用较广泛 按照承受载荷的方向 轴承可分为向心轴承 承受径向载荷 又称径向轴承 推力轴承 承受轴向载荷 和向心推力轴承 同时承受径向和轴向载荷 又称径向止推轴承 但是 滑动轴承由于具有一些独特的优点 因此 在内燃机 汽轮机 机床 铁路机车车辆等方面还广泛地应用着滑动轴承 这是因为 5 工作转速特别高或要求回转精度特别高时 滚动轴承达不到要求 只能采用液体或气体润滑的高精度动压或静压滑动轴承 1 当要求轴承的径向尺寸很小时 一般的滚动轴承就不适宜 2 当承受很大的振动和冲击载荷时 滚动轴承由于是高副接触 对振动特别敏感而不适用 3 因装配原因必须做成剖分式轴承 如连杆大端轴承 时 则只能用滑动轴承 4 对于重型的 单件或批量很少的轴承 定制滚动轴承成本将是很高的 也只能用滑动轴承 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 滑动轴承的类型 滑动轴承和滚动轴承各有其优缺点和适用场合 由于滚动轴承是由专业工厂大批量生产并已标准化 且具有摩擦系数小 启动灵活 互换性好 使用维护方便等特点 故目前应用较广泛 本节主要讨论不完全液体润滑轴承 这类轴承结构简单 制造和维护容易 在机械中应用广泛 根据液体润滑承载机理的不同 又可分为液体动压润滑轴承 简称液体动压轴承 和液体静压润滑轴承 简称液体静压轴承 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 滑动轴承的结构型式 1 整体式 1 向心滑动轴承的结构型式 图所示为整体式向心滑动轴承 它由轴承座1和轴套2组成 轴套的固定可用骑缝螺钉5等方法 轴承顶部设有装润滑油杯的螺纹孔4 这种轴承结构简单 易于制造 但要求轴颈沿轴向装入 轴承磨损后 轴承间隙无法调整 只有更换轴套 因而多用在间歇工作且低速轻载的简单机械上 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 外观特征 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 整体式径向滑动轴承 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 2 剖分式 剖分式滑动轴承 图所示 主要由轴承座1 轴承盖3 剖分的上下轴瓦2组成 上下两部分由螺栓4联接 轴承盖上装有润滑油杯5 当载荷方向有较大偏斜时 轴承的剖分面应作相应偏斜 使剖分面与载荷大致垂直 制成如图所示的斜剖分式轴承 剖分式径向滑动轴承 斜剖分式径向滑动轴承 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 为了安装时容易对中 剖分面上制有阶梯形的定位止口 轴承上部油孔中的小油管亦有止转作用 轴瓦磨损后 可用更换剖分面垫片或重新刮瓦的方法来调整轴承间隙 剖分式轴承装拆方便 应用较广 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 3 间隙可调式 如图所示 转动轴套上两端的圆螺母使轴套作轴向移动 即可调轴承的间隙 调节轴承间隙是保持轴承回转精度的重要手段 在机床上常采用圆锥面的轴套来调整间隙 内锥式 外锥式 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 4 自动调心式 对于宽径比较大的滑动轴承 L D 1 5 为避免因轴的挠曲或轴承孔的同轴度较低而造成轴与轴瓦端部边缘产生局部接触 左图 使轴瓦边缘产生局部磨损 可采用自动调心滑动轴承 右图 其轴瓦外表面制成球面 当轴颈倾斜时 轴瓦自动调心 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 动画 2 推力滑动轴承的结构型式 图示为立式轴端推力滑动轴承 由轴承座1 衬套2 轴瓦3和止推瓦4组成 止推瓦底部制成球面 可以自动调位避免偏载 销钉5用来防止轴瓦转动 轴瓦3用于固定轴的径向位置 同时也可承受一定径向载荷 润滑油靠压力从底部注入 并从上部油管流出 1 立式推力滑动轴承 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 2 立式轴环推力滑动轴承 图示为轴环推力滑动轴承 由带有轴环的轴和轴瓦组成 这种轴承一般用于低速轻载场合 其中左图为单环结构 右图为多环结构 能承受较大的双向轴向载荷 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 11 2滑动轴承特点 类型和典型结构 11 3 1轴瓦的结构和材料 轴瓦是轴承上直接与轴颈接触的零件 轴承体上采用轴瓦是为了节省贵重的轴承材料和便于维修 轴瓦的结构有整体式 亦称轴套 和剖分式两种 1 轴瓦结构 整体式轴瓦通常称为轴套 一般轴套上开有油孔和油沟以润滑 粉末冶金制成的轴套一般不带油沟 11 3滑动轴承材料和轴瓦结构 剖分式轴瓦由上 下两半瓦组成 下轴瓦承受载荷 上轴瓦不承受载荷 在上轴瓦上开有油孔和油沟 润滑油由油孔输入后 经油沟分布到整个轴瓦表面上 11 3滑动轴承材料和轴瓦结构 油沟和油孔只能开在不承受载荷的区域 以免降低油膜的承载能力 油沟和油室的轴向长度应比轴瓦宽度短 以免油从两端大量流失 轴瓦两端凸肩可以防止轴瓦的轴向窜动并承受一定的轴向力 几种常见的油沟形式 11 3滑动轴承材料和轴瓦结构 1 2 为减轻摩擦 常在轴瓦内表面浇注一层 0 5 6mm 或两层减磨性较好的减磨材料 如轴承合金 称为轴承衬 图所示 做成双金属轴瓦或三金属轴瓦 为使轴承衬能牢固贴合在轴瓦表面上 常在轴瓦上制出一些沟槽 1 基本金属瓦 2 轴承衬 3 轴向沟槽 4 周向沟槽 双金属轴瓦 11 3滑动轴承材料和轴瓦结构 2 轴瓦材料 轴瓦的主要失效形式是磨损和胶合 当强度不足时 也可能出现疲劳破坏 对轴瓦材料的主要要求是 良好的减摩性和耐磨性 足够的抗压 抗冲击和抗疲劳强度性能 良好的顺应性 嵌藏性 跑合性和润滑性 导热性好 线膨胀系数小 工艺性好等 11 3滑动轴承材料和轴瓦结构 轴承材料分为三大类 金属材料 如轴承合金 青铜 铝基合金 减摩铸铁等 粉末冶金材料 含油轴承 非金属材料 如塑料 橡胶 硬木等 1 轴承合金 轴承合金又称巴氏合金 分为锡基轴承合金和铅基轴承合金两大类 它们具有较好的顺应性 嵌藏性 跑合性 耐磨性 浇注性 锡基轴承合金还有很好的抗胶合性能 但它们的强度 硬度和熔点低 且价格昂贵 因此 通常将其浇注在软钢 铸铁或青铜的轴瓦基体上作轴承衬来使用 2 青铜 青铜是常用的轴瓦材料 它的跑合性能不如轴承合金 但强度高 价格较便宜 11 3滑动轴承材料和轴瓦结构 3 粉末合金 是将金属粉末加石墨经压制 烧结而成的轴瓦材料 这种材料是多孔结构 使用前先在热油中浸渍数小时 使孔隙中充满润滑油 工作时由于轴颈旋转对它产生挤压和抽吸作用 孔隙中的油便渗出而起润滑作用 用这种材料制成的轴承叫含油轴承 它适用于低速 无冲击及不宜采用润滑剂的场合 4 铸铁 铸铁性脆 跑合性差 但价廉 用于低速 不受冲击的轻载轴承或不重要的轴承 常用轴瓦材料的性能及其比较表格 轴承塑料种类很多 我国目前主要用的是以布为基体和以木为基体的两种 塑料轴承摩擦系数小 抗压强度和疲劳强度较高 耐磨性 跑合性和嵌藏性较好 可用水或油来润滑 缺点是导热性差 容易变形 用水润滑时会吸水膨胀 5 轴承塑料 11 3滑动轴承材料和轴瓦结构 11 4滑动轴承润滑剂和润滑方式选择 14 1 4滑动轴承的润滑 轴承润滑的目的主要是为了降低摩擦和减少磨损 同时还可以起到冷却 吸振 防尘 防锈等作用 1 润滑剂 常用的润滑剂为润滑油和润滑脂 其中以润滑油应用最广 1 润滑油的选择 选择润滑油时 应综合考虑载荷 速度 摩擦表面状况 润滑方式等条件 选择润滑油粘度的一般原则是 重载低速 温度高等条件下 应选粘度高的油 便于形成油膜 高速应选粘度低的油 以免内部摩擦损失过大和发热严重 加工粗糙 轴承与轴的间隙大的情况应选粘度较高的油 循环润滑 芯捻润滑应选用粘度较低的油 飞溅润滑应选用高品质 能防止与空气接触而氧化变质或因激烈搅拌而乳化的油 低温工作的轴承应选用粘度低的油 按轴承平均压强和滑动速度选择润滑油的粘度参考表 11 4滑动轴承润滑剂和润滑方式选择 2 润滑脂的选择 润滑脂主要有钠基 钙基 锂基几种 钠基润滑脂耐热性好 但抗水性差 钙基润滑脂则耐热差 抗水性较好 而锂基润滑脂的耐热性 抗水性均较好 但价格贵 11 4滑动轴承润滑剂和润滑方式选择 3 润滑方法和润滑装置 轴承的润滑有手工供给 油 脂 和连续供给 油 脂 两种 手工润滑是用油枪向油杯注入润滑油 脂 常用油杯见图所示 手工润滑只能间歇定时供给 油 脂 适用于低速 轻载和不重要场所 旋套式注油油杯 压配式压注油杯 旋盖式油杯 11 4滑动轴承润滑剂和润滑方式选择 连续供油 脂 则润滑充分 可靠 有的还能调节供给量 油环 针阀式油杯 11 4滑动轴承润滑剂和润滑方式选择 11 5非液体摩擦滑动轴承的计算 不能保证液体润滑状态的轴承 统称为非液体摩擦 润滑 轴承 这种轴承主要的失效形式是磨损 因此 其计算准则主要也是防止轴承材料的磨损及维持轴颈与轴瓦表面之间的边界膜的存在 由于至今还没有完善的计算理论 故习惯上采用条件性计算 即控制轴承的平均压强 滑动速度和乘积值 设计计算步骤一般如下 2 选定宽径比B d 推荐重载时取0 5 0 75 中载时取0 7 1 1 轻载时取1 1 5 一般在设计时轴径是已知的 故选定宽径比后就可以确定轴承宽度 1 根据工作条件和使用要求选定轴承的类型和结构型式以及轴瓦材料 3 验算工作能力 验算轴承摩擦表面平均压强 压强是影响磨损的主要因素 对于滑动速度很低的轴承 只需用验算压强来控制其磨损 11 5非液体摩擦滑动轴承的计算 式中 轴承的径向载荷 N 轴径直径 mm 轴承宽度 mm 验算滑动速度 当压强很小时 也可能因滑动速度过高而加速磨损 因此要用验算来控制其磨损 式中 轴径转速 r min 11 5非液体摩擦滑动轴承的计算 验算值 摩擦功与成正比 因此验算就可控制摩擦发热 MPa m s 许用值 如上述验算不符合要求 可改用较好的轴瓦材料或重新选取较大的和值 11 5非液体摩擦滑动轴承的计算 止推滑动轴承的设计计算 11 6液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 一 流体动力润滑基本方程的建立 对流体平衡方程 Navier Stokes方程 作如下假设 以便得到简化形式的流体动力平衡方程 这些假设条件是 流体为牛顿流体 即 流体的流动是层流 即层与层之间没有物质和能量的交换 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 略去惯性力及重力的影响 故所研究的单元体为静平衡状态或匀速直线运动 且只有表面力作用于单元体上 流体不可压缩 故流体中没有 洞 可以 吸收 流质 流体中的压力在各流体层之间保持为常数 在以上假设下 从两平板所构成的楔形空间中 取某一层液体的一部分作为单元体 通过建立平衡方程和给定边界条件 可得一维雷诺方程 流体动力润滑的必要条件是 相对运动的两表面间构成楔形空间 楔形空间中充满具有粘性的液体 两板相对运动的结果 应使液体在粘性力的作用下由楔形空间的大端流向楔形空间的小端 详细推导 11 6液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 第10章滚动轴承 滚动轴承是各类机器中广泛应用的重要机械部件 它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的 由于滚动轴承已标准化 由专业工厂大量制造 因此设计者的任务是 进行必要的工作能力计算 根据承载状况和工况条件 正确选定轴承的类型及尺寸 进行合理的轴承组合设计 10 1滚动轴承的类型及代号 圆柱滚子轴承 深沟球轴承 常见的滚动体有六种形状 一种是球形 五种是滚子 10 1滚动轴承的类型及代号 10 1 2滚动轴承的类型及特点 1 游隙 游隙可影响轴承的运动精度 寿命 噪声 承载能力等 1 结构特性 10 1滚动轴承的类型及代号 2 接触角 滚动体与外圈滚道接触点的法线与轴承径向平面 端面 之间的夹角称为接触角 接触角 愈大 轴承承受轴向负荷的能力也愈大 10 1滚动轴承的类型及代号 2 滚动轴承的分类 在外廓尺寸相同的条件下 滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好 但球轴承摩擦小 高速性能好 球轴承 滚子轴承 1 按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承 10 1滚动轴承的类型及代号 2 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 向心轴承 径向接触轴承 公称接触角 0 主要承受径向载荷 可承受较小的轴向载荷 向心角接触轴承 公称接触角 0 45 同时承受径向载荷和轴向载荷 推力轴承 推力角接触轴承 公称接触角 45 90 主要承受轴向载荷 可承受较小的轴向载荷 轴向接触轴承 公称接触角 90 只能承受轴向载荷 10 1滚动轴承的类型及代号 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 另外还只有用于圆锥滚子轴承的6x公差等级 6 按照运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承 10 1滚动轴承的类型及代号 3 滚动轴承的基本类型和特性 我国常用滚动轴承的类型名称及新旧代号对照见下表 10 1滚动轴承的类型及代号 10 1滚动轴承的类型及代号 滚动轴承代号构成 代号用于表征滚动轴承的结构 尺寸 类型 精度等 由GB T272规定 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 10 1 3滚动轴承的代号 10 1滚动轴承的类型及代号 例10 1试说明下列轴承代号的意义 6203 30310 P6X 解 10 1滚动轴承的类型及代号 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 10 2 1轴承的类型选择 1 载荷条件 轴承受载荷的大小 方向和性质是选择轴承类型的主要依据 1 负荷大小和性质 轻载和中等负荷时应选用球轴承 重载或有冲击负荷时 应选用滚子轴承 2 负荷方向 纯径向负荷时 可选用深沟球轴承 圆柱滚子轴承或滚针轴承 纯轴向负荷时 可选用推力轴承 即有径向负荷又有轴向负荷时 若轴向负荷不太大时 可选用深沟球轴承或接触角较小的角接触球轴承 圆锥滚子轴承 若轴向负荷较大时 可选用接触角较大的这两类轴承 若轴向负荷很大 而径向负荷较小时 可选用推力角接触轴承 也可以采用向心轴承和推力轴承一起的支承结构 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 2 轴承的转速 1 高速时应优先选用球轴承 2 内径相同时 外径愈小 离心力也愈小 故在高速时 宜选用超轻 特轻系列的轴承 3 推力轴承的极限转速都很低 高速运转时摩擦发热严重 若轴向载荷不十分大 可采用角接触球轴承或深沟球轴承来承受纯轴向力 3 调心要求 当由于制造和安装误差等因素致使轴的中心线与轴承中心线不重合时 当轴受力弯曲造成轴承内外圈轴线发生偏斜时 宜选用调心球轴承或调心滚子轴承 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 4 允许的空间 当径向空间受到限制时 可选用滚针轴承或特轻 超轻直径系列的轴承 轴向尺寸受限制时 可选用宽度尺寸较小的 如窄或特窄宽度系列的轴承 5 安装与拆卸 在轴承座不是剖分而必须沿轴向装拆轴承以及需要频繁装拆轴承的机械中 应优先选用内 外圈可分离的轴承 如3类 N类等 当轴承在长轴上安装时 为便于装拆可选用内圈为圆锥孔的轴承 后置代号第2项为K 6 公差等级 滚动轴承公差等级分为6级 0级 普通级 6级 6X级 5级 4级及2级 普通级最低 2级最高 普通级应用最广 对大多数机械而言 选用0级公差的轴承足以满足要求 但对于旋转精度有严格要求的机床主轴 精密机械 仪表以及高速旋转的轴 应选用高精度的轴承 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 7 价格 轴承类型不同 其价格也不同 深沟球轴承价格最低 滚子轴承比球轴承价高 向心角接触轴承比径向接触轴承价高 公差等级愈高 价格也愈贵 下表列出不同公差等级轴承的相对价格供参考 在满足使用要求的前提下 应尽量选用价格低廉的轴承 10 2 2滚动轴承的失效形式和计算准则 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 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 2 计算准则 对于一般转速的轴承 即10r min n nlim 如果轴承的制造 保管 安装 使用等条件均良好时 轴承的主要失效形式为疲劳点蚀 因此应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算 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 对于低速轴承 即n 1r min 可近似地认为轴承各元件是在静盈利作用下工作的 其失效形式为塑性变形 应进行以下不发生塑性变形为准则的强度计算 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 滚动轴承的受载情况分析 轴承转动时 承受径向载荷Fr 外圈固定 当内圈随轴转动时 滚动体滚动 内 外圈与滚动体的接触点不断发生变化 其表面接触应力随着位置的不同作脉动循环变化 滚动体在上面位置时不受载荷 滚到下面位置受载荷最大 两侧所受载荷逐渐减小 所以轴承元件受到脉动循环的接触应力 点击上图观看动画演示 10 2 3滚动轴承的寿命计算 滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前 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 与一般结构件的疲劳寿命一样 滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的 见右图 基本额定寿命 具有90 可靠度时轴承的寿命 用L10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 轴承的寿命 106r 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 滚动轴承尺寸的选择4 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 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 向心角接触轴承轴向负荷的计算 向心角接触轴承 3类 7类 在受到径向载荷作用时 将产生使轴承内外圈分离的附加的内部轴向力 下图 其值按下表所列公式计算 其方向由轴承外圈宽边所在端面 背面 指向外圈窄边所在端面 前面 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 为了保证轴承正常工作 向心角接触轴承通常成对使用 成对布置的方式有两种 前面对前面的安装称为正装 左图 背面对背面的安装称为反装 右图 向心角接触轴承轴向载荷分析 由于向心角接触轴承产生内部轴向力 故在计算其当量动负荷时 式 14 5 中的轴向负荷并不等于轴向外力 而是应根据整个轴上所有轴向受力 轴向外力 内部轴向力 之间的平衡关系确定两个轴承最终受到的轴向负荷 下面以正装情况为例进行分析 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 如图所示 设与同向 1 当时 轴有向右移动的趋势 使右端轴承压紧 左端轴承放松 由力平衡条件可知 压紧 端轴承所受的轴向负荷 放松 端轴承所受的轴向负荷 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 2 当时 轴有向左移动的趋势 使左端轴承压紧 右端轴承放松 由力平衡条件可知 压紧 端轴承所受的轴向负荷 放松 端轴承所受的轴向负荷 由此可总结出计算向心角接触轴承轴向负荷Fa的步骤如下 1 确定轴承内部轴向力 的方向 由外圈宽边指向窄边 即正装时相向 反装时背向 并按表所列公式计算内部轴向力的值 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 2 判断轴向合力 计算时各带正负号 的指向 确定被 压紧 和被 放松 的轴承 正装时 轴向合力指向的一端为紧端 反装时 轴向合力指向的一端为松端 3 松端轴承的轴向负荷仅为其本身的内部轴向力 紧端轴承的轴向负荷则为除去本身的内部轴向力后其余各轴向力的代数和 即 上两式对正装与反装的各种情况都适用 使用时只需将 紧 和 松 换成相应的轴承编号即可 式中 下标 紧 和 松 分别代表紧端轴承和松边轴承的受力 为代数和 即与Ka同向时加 反向时减 取绝对值 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 例10 2有一对70000AC型轴承正装 如图所示 已知 1000N 2100N 外加轴向负荷 900N 求轴承所受的轴向负荷 1 由表14 18得 解 2 由于 故轴承2为紧端 轴承1为松端 所以 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 10 2 4滚动轴承的静强度计算 1 基本额定静载荷C0 调心轴承 4600MPa所有其他型号的球轴承 4200MPa滚子轴承 4000MPa 2 当量静载荷P0 a 0o的向心球轴承和向心滚子轴承为 a 0o的向心滚子轴承为 a 90o的推力轴承为 a 90o的推力轴承为 静强度计算 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 滚动轴承的选择可分为两个步骤进行 按工作条件首先确定滚动轴承的类型 选择轴承的尺寸 公差等级的选择 对于静止轴承 缓慢摆动或极低速运转的轴承按静载荷计算 对于一般运转的轴承 按寿命计算进行轴承尺寸的选择 当轴承的工作转速n在1 10r min之间时 有两种选择方法 按n 10r min选择轴承尺寸 利用寿命公式计算出C值 再按静载荷强度计算公式计算C0值 进行比较 选用其中较大值对应的轴承尺寸的轴承 对于转速较高又同时承受冲击载荷的轴承 不但进行寿命计算 还要进行轴承的强度校核 对于高速轴承 除进行寿命计算外还应检验极限转速 出于成本考虑 在一般的机械传动中宜选用普通级精度的轴承 10 2滚动轴承的类型选择 寿命校核和静强度计算 10 3滚动轴承的组合设计 为了保证轴与轴上旋转零件正常运行 还应解决轴承组合的结构问题 其中包括 轴承组合的轴向固定 轴承与相关零件的配合 间隙调整 装拆 润滑等一系列问题 10 3 1轴承的轴向固定 10 3 2轴系的轴向固定 除了合理选择轴承的类型和尺寸外 还必须正确 合理地进行轴承的组合设计 即正确解决轴承的轴向位置固定 轴承与其它零件的配合 轴承的调整与装拆等问题 1 两端固定式 10 3滚动轴承的组合设计 2 一端固定 一端游动式 一端支承的轴承 内 外圈双向固定 另一端支承的轴承可以轴向游动 双向固定端的轴承可承受双向轴向载荷 游动端的轴承端面与轴承盖之间留有较大的间隙 以适应轴的伸缩量 这种支承