《机械设计基础1》-第12章

第12章滑动轴承与滚动轴承

12.7滚动轴承的计算

12.8滚动轴承的润滑和

12.9滚动轴承的组合设计12.10工程应用案例:带式输送机和纺织机

上一页返回12.1摩擦状态在外力作用下,紧密接触的两个物体做相对运动或具有相对运动趋势时,其接触面间会产生阻碍这种运动的阻力,这种现象称为摩擦。仅有相对运动趋势时的摩擦称为静摩擦,静摩擦力的大小随作用于物体外力的变化而变化;当外力克服了最大静摩擦力,物体间产生相对运动时的摩擦称为动摩擦。根据两相对运动物体的运动形式的不同,动摩擦又分为滑动摩擦和滚动摩擦。按摩擦状态,即表面接触情况和油膜厚度,可以将滑动摩擦分为四大类,即干摩擦、边界摩擦(边界润滑)、流体摩擦(流体润滑)和混合摩擦(混合润滑),如图12-1所示。下一页返回12.1摩擦状态(1)干摩擦两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯净金属接触时的摩擦,称为干摩擦,如图12-1(a)所示。在工程实际中没有真正的干摩擦,因为暴露在大气中的任何零件的表面,不仅会因氧化而形成氧化膜,且或多或少也会被润滑油所湿润或受到“污染”,这时,其摩擦因数将显著降低。在机械设计中,通常把不出现显著润滑的摩擦作为干摩擦处理。(2)边界摩擦两摩擦表面各附有一层微薄的边界膜,两表面仍是凸峰接触的摩擦状态称为边界摩擦,如图12-1(b)所示。与干摩擦相比,边界摩擦的摩擦状态有很大改善,其摩擦和磨损程度取决于边界膜的性质、材料表面机械性能和表面形貌。上一页下一页返回12.1摩擦状态(3)流体摩擦两摩擦表面完全被流体(液体或气体)层隔开、表面凸峰不直接接触的摩擦称为流体摩擦,如图12-1(c)所示。流体摩擦不会发生金属表面的磨损,是理想的摩擦状态。(4)混合摩擦两表面间同时存在干摩擦、边界摩擦和流体摩擦的状态称为混合摩擦,如图12-1(d)所示。上一页返回12.2滑动轴承的结构形式滑动轴承根据其所承受载荷的方向不同分为径向滑动轴承和推力滑动轴承两大类。一、径向滑动轴承承受径向载荷的滑动轴承称为径向滑动轴承,径向滑动轴承按其结构可分为整体式和剖分式。1.整体式径向滑动轴承图12-2为常见的整体式径向滑动轴承。主要由轴承座和轴套组成。轴承座用螺栓与机座联接,顶部设有安装油杯的螺纹孔,轴套压入轴承座孔内,轴套上设有油孔和油沟以输送润滑油。整体式轴承构造简单,但装拆时轴和轴承需轴向移动。对于粗重或轴颈较大的轴安装不便,且滑动表面磨损后轴承间隙无法调整。它常用于低速、轻载、间歇工作的机械。下一页返回12.2滑动轴承的结构形式

2.对开式径向滑动轴承对开式径向滑动轴承分为正滑动轴承和斜滑动轴承。如图12-3所示,对开式正滑动轴承是由轴承座1、轴承盖2、剖分的上、下轴瓦3、4及连接螺栓5组成。为使轴承盖和轴承座很好地对中并承受径向力,在对开剖分面上作出阶梯形的定位止口。剖分面间放有少量垫片,以便在轴瓦磨损后,借助垫片来调整轴颈和轴瓦之间的间隙。轴承盖适度压紧轴瓦,使轴瓦不能在轴承孔中转动。轴承盖上制有螺纹孔,以便安装油杯或油管。轴承所受的径向力一般不超过对开剖分面垂线左右35°的范围,否则应采用对开式斜式滑动轴承(图12-4),使对开剖分面垂直于或接近垂直于载荷方向。上一页下一页返回12.2滑动轴承的结构形式

对开式径向滑动轴承便于装拆和调整间隙,在轻工机械和其他机械上得到了广泛的应用。这种轴承的尺寸可查有关标准。3.自动调心滑动轴承当轴颈较长(长径比1.50~1.75),轴的刚度较小,或由于两轴承不是安装在同一刚性的机架上,同心度较难保证时,都会造成轴颈与轴瓦端部局部接触,如图12-5所示,使轴瓦局部磨损严重,为此可采用自动调心滑动轴承,如图12-6所示,这种轴承的结构特点是将轴瓦1与轴承盖2及轴承座3相配合的表面做成球面,球面中心恰好在轴线上,轴瓦可沿支座的球面自动调整位置来适应轴的变形,从而保证轴颈与轴瓦面接触。上一页下一页返回12.2滑动轴承的结构形式

二、推力滑动轴承用来承受轴向载荷的滑动轴承称为推力滑动轴承。它是靠轴的端面或轴肩、轴环的端面向推力支承面传递轴向载荷的。按止推轴颈支承面的形式不同,分为实心、空心、单环式和多环式。图12-7(a)所示为实心轴颈,因轴旋转时,在接触端面上,从中心至边缘的线速度越来越大,端面外缘的磨损大于中心处,造成轴颈和轴瓦间压力分布不均,并不利于润滑。实际结构中多数采用空心轴颈或单环结构,如图12-7(b)(c)所示。当载荷较大或轴受双向载荷时,可采用图12-7(d)所示的多环结构。上一页返回12.3轴瓦及轴承衬材料轴瓦(包括轴套、轴承衬)是轴承中的重要零件,它的主要失效形式是磨损和胶合(俗称烧瓦),由于强度不足和工艺原因,有时也会出现轴承衬脱落等现象。因此,轴瓦材料应具备摩擦磨损小、有足够的强度和一定的塑性、耐蚀、抗胶合、导热性好等性能。常用的轴瓦和轴承衬材料如下。①轴承合金,又称白合金或巴氏合金,是锡、铅、锑、铜的合金统称,可分为锡基和铅基两种。其塑性、跑合性和抗胶合性较好,但机械强度较低,价格高,通常把它贴合在软钢、铸铁或青铜的轴瓦上作轴承衬使用。下一页返回12.3轴瓦及轴承衬材料

②青铜,这种材料硬度高,承载能力、耐磨性和导热性均高于轴承合金,应用最普遍。为节约有色金属材料,也可将青铜浇铸在钢或铸铁底瓦上。主要有锡青铜、铅青铜和铝青铜。③粉末合金,又称金属陶瓷,由金属粉末经制粉、定型、烧结等工艺制成,其组织内部空隙占总体积的10%~35%。使用前将其浸入润滑油,运转时由于油的热膨胀和轴颈抽吸作用使油自动进入润滑表面,故又叫含油轴承。这种轴承一次浸油,可长时间使用。常用的含油轴承有多孔铁和多孔青铜。④铸铁,铸铁质脆,硬度高,价廉,易于加工。可以把轴瓦和轴承座做成整体使用。上一页下一页返回12.3轴瓦及轴承衬材料

⑤非金属材料,以塑料用得最多,其次是碳(石墨)、橡胶、木材等。非金属材料的摩擦因数小,耐腐蚀、耐冲击、抗胶合,且具有一定的自润滑性能,但承载能力低,导热性差(只有青铜的1/500~1/200),耐热性差。上一页返回12.4滑动轴承的润滑轴承润滑的主要目的是减少摩擦,减轻磨损同时还起到冷却、吸振和防锈的作用。为了保证轴承润滑良好,应恰当地选择润滑剂及润滑装置。一、润滑剂最常用的润滑剂有润滑油及润滑脂两类。另外还有石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、空气及水等。1.润滑油润滑油通常为液体,是滑动轴承中应用最广的润滑剂。润滑油分矿物油、植物油和动物油,其中矿物油资源丰富,价格便宜,适用范围大且不易变质,应用最广。下一页返回12.4滑动轴承的润滑润滑油最重要的物理性能指标是黏度,它表示润滑油流动时内部摩擦阻力的大小,黏度的大小可用动力黏度、运动黏度和相对黏度来表示。黏度越大,润滑油内摩擦阻力也越大,油也越稠,流动性也越差。其次是油性,它指润滑油吸附在接触表面的能力。油性越大,吸附力越强。选择润滑油时,以黏度为主要指标。原则上当转速低、载荷大时,应选用黏度大的润滑油;反之,应选用黏度小的润滑油。机械中常用润滑油的性能见表12-3。上一页下一页返回12.4滑动轴承的润滑2.润滑脂润滑脂是用矿物油、金属皂调制而成的膏状润滑剂。金属皂是碱金属(如钙、钠、锂、铝等)与各种脂肪酸反应而成的。根据金属皂不同,分别称为钙基、钠基、锂基、铝基润滑脂。润滑脂的主要性能指标是针入度、滴点和耐水性。针入度是指质量为150g的标准锥形针,在5s内沉入到温度为25℃的润滑脂中的深度(以0.1mm为单位),它标志着润滑脂的黏稠程度。滴点是指在规定的条件下加热,当润滑脂熔化流下第一滴时的温度,滴点表示润滑脂的耐热能力。耐水性是指润滑脂与水接触时,其特性的保持程度。上一页下一页返回12.4滑动轴承的润滑润滑脂黏稠度大,不易流失,故使轴承的密封简单,但其物理、化学性质不如润滑油稳定,摩擦损失也较大,故多用于低速、重载或摆动轴承中。常用润滑脂的性能列于表12-4。二、润滑方法及润滑装置润滑油与润滑脂的供给方法不同,下面分别进行叙述。1.润滑油润滑油的供给方式分为间歇和连续。间歇供油用于小型、低速或间歇运转的不重要轴承;连续供油用于重要轴承。它们的润滑装置主要有以下几种。上一页下一页返回12.4滑动轴承的润滑(1)压配式压注油杯,平时弹簧顶住钢球将油孔封闭,避免污物进入轴承。加油时,用油壶嘴将钢球压下,同时注入适当的润滑油。该润滑方式为间歇润滑,适用于低速、轻载及不重要的轴承。(2)油绳式油杯,用毛线或棉线做成油绳,油绳的一端浸在杯中的油内,另一端放在管内。这种装置能连续供油,并可通过改变油面高度调节供油量。当机器停车时,若不将油绳提起,将继续供油,耗油量较大。该装置不适用于高速轴承。(3)针阀式滴油杯,当手柄竖立时,针阀被提起,油孔打开,杯内的油通过导油管的侧孔连续不断地流入轴承,当手柄横卧时,针阀被弹簧拉下,油孔封闭、供油停止,供油量的大小可通过螺母来调节。该装置使用可靠,适用于要求供油可靠的轴承。上一页下一页返回12.4滑动轴承的润滑(4)油环润滑,在轴颈上套一油环,油环的下部浸在油中,当轴颈回转时,靠摩擦力带动油环转动,将润滑油带到摩擦面上。该润滑装置适用于水平位置、运转稳定且要求轴颈的圆周速度不小于0.5m/s的轴承。(5)飞溅润滑,利用密封壳体中转动的、浸入油池适当深度的零件,使油飞溅到摩擦表面上,或在轴承座上制有油沟,以便聚集飞溅的油流入摩擦面。该润滑方式适用于速度中等的机械。(6)压力润滑,利用油泵将润滑油经过油管输送到各轴承中进行润滑。该润滑方式适用于高速、重载或变载的重要轴承上。上一页下一页返回12.4滑动轴承的润滑2.润滑脂润滑脂只能间歇供应。它既可在机械装配时填入轴承,也可用供油装置挤入轴承摩擦面。其供油装置主要有旋盖油杯和压注油嘴。旋盖油杯内充满润滑脂,旋转杯盖可将润滑脂挤压到摩擦面上,压注油嘴必须定期用油枪压入润滑脂,这些装置不能控制供脂量。上一页返回12.5非液体摩擦滑动轴承的计算除液体静压轴承外,滑动轴承都在非液体摩擦状态下工作,或经历过非液体摩擦状态。保证边界油膜不致破裂,是非液体摩擦滑动轴承的计算依据。由于边界油膜的抗压强度和破裂温度受多种因素影响,难以直接计算,通常采用限制轴承平均比压p或圆周速度。经验证明,这种条件性的半经验公式计算是可行的。一、径向滑动轴承1.校核轴承平均比压p轴承平均比压p大时,润滑油易被挤出,油膜不易形成和保持,所以对比压p应加以限制。校核公式为下一页返回12.5非液体摩擦滑动轴承的计算式中:Fr为轴承径向力,N;B为轴瓦宽度,mm;d为轴颈直径,mm;[p]为许用压强,MPa。2.校核发热参数pv限制pv值,以保证轴承在正常温度下运行,因为轴承摩擦发热所损耗的功率与压强p、轴颈的圆周速度v的乘积成正比,pv值越高,温升也越高,会使金属表面的油膜破裂。pv值的校核公式为上一页下一页返回12.5非液体摩擦滑动轴承的计算式中:n为轴的转速,r/min;v为轴颈的圆周速度,m/s;[pv]为pv的许用值,MPa·m/s。3.校核轴颈圆周速度v限制轴颈圆周速度v,以保证接触表面不致磨损剧烈。轴颈圆周速度v的校核公式为式中:[v]为轴颈圆周速度v的许用值,m/s。上一页下一页返回12.5非液体摩擦滑动轴承的计算轴承材料的[p]、[pv]和[v]值见表12-1。当校核结果不能满足时,可重新选择轴瓦的材料或增大轴承的宽度B。二、推力滑动轴承1.校核轴承的平均比压p上一页下一页返回12.5非液体摩擦滑动轴承的计算式中:Fa为轴向载荷,N;d为轴环大径,mm;d0为轴环小径,mm。2.校核发热参数值pvm上一页下一页返回12.5非液体摩擦滑动轴承的计算式中:vm为轴颈平均圆周速度,m/s。3.校核平均圆周速度vm推力滑动轴承的[p]、[pv]和[v]查表12-1,对于多环式止推轴承,由于各环受力不等,仅取表中数值的一半。上一页返回12.6滚动轴承的类型、代号及其选择一、滚动轴承的结构滚动轴承的基本结构如图12-14所示,它由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成。滚动体在内外圈间滚动,其形状如图12-15所示,有球形、圆柱形、鼓形和圆锥形。保持架将滚动体均匀隔开,以减少滚动体间的摩擦及磨损。通常内圈与轴颈配合、外圈与轴承座孔或机座孔配合,内圈随轴颈转动,外圈固定不动,也可以外圈转动,内圈固定不动。二、滚动轴承的主要类型及特点滚动轴承的类型很多,现将常用的各类滚动轴承(图12-16)的特点、应用介绍如下。下一页返回12.6滚动轴承的类型、代号及其选择

1.调心球轴承该轴承主要承受径向载荷,也可承受不大的轴向载荷。由于外圈的滚道是以轴承中点为中心的球面,故能自动调心,它允许内、外圈轴线的偏转角达2°~3°,适用于多支点和挠曲较大的轴上,以及难于精确对中的支承处。2.调心滚子轴承该轴承与调心球轴承的特性基本相同,但承受载荷的能力比相同尺寸的调心球轴承大,常用于重型机械上。上一页下一页返回12.6滚动轴承的类型、代号及其选择

3.推力球轴承单向推力球轴承只能承受单向的轴向力,它的一个套圈与轴紧配合、另一个套圈与轴有0.2~0.3mm的间隙。双向推力球轴承能承受双向的轴向力,其中间套圈必须与轴颈紧配合,适用于低、中转速处。4.圆锥滚子轴承该轴承由于滚动体与滚道的接触为线接触,故能同时承受较大的径向和单向轴向载荷。内外圈沿轴向可以分离,故轴承的装拆方便,间隙可调。轴承应成对使用,常用于重载、中低速处。上一页下一页返回12.6滚动轴承的类型、代号及其选择

5.深沟球轴承该轴承主要承受径向载荷,也可承受不大的轴向载荷,但承受冲击载荷的能力差,其内外圈轴线允许的偏转角为2′~30′,它适用于刚性较大和转速高的轴上。6.角接触球轴承该轴承的滚动体与轴承外圈滚道的接触点的法线与半径方向存在一定的夹角α,该夹角称为轴承的接触角。角接触球轴承的接触角有15°、25°、40°,可同时承受径向载荷和轴向载荷,接触角α越大,承受轴向载荷的能力越高,一般成对使用。上一页下一页返回12.6滚动轴承的类型、代号及其选择

7.圆柱滚子轴承这种轴承的内圈或外圈可以分离,故只能承受径向载荷,不能承受轴向载荷;其承受载荷的能力比同尺寸的球轴承要大;工作时允许内、外圈有小量的轴向位移。该轴承对轴的偏斜比较敏感,内、外圈的偏转角不允许超过4′,适用于刚度大、对中性好的支承处。三、滚动轴承的代号为了便于生产、设计和使用,GB/T4662—2003规定了滚动轴承代号。该代号通常印在滚动轴承的端面上,并由基本代号、前置代号和后置代号组成,用字母和数字表示。其构成见表12-5。上一页下一页返回12.6滚动轴承的类型、代号及其选择

对于常用的、结构上没有特殊要求的轴承,轴承代号由类型代号、尺寸系列代号、内径代号和公差等级代号组成,并按上述顺序由左向右依次排列。内径代号表示轴承内径尺寸的大小,用阿拉伯数字表示,见表12-6。尺寸系列是轴承的宽度系列和直径系列的总称。宽度系列是指径向接触轴承或角接触轴承的内径相同,而宽度变化的系列尺寸。直径系列是指同一类型、内径相同的轴承,其外径变化的系列尺寸。轴承的类型代号用阿拉伯数字或大写拉丁字母表示,尺寸系列代号用阿拉伯数字表示,公差等级代号以大写拉丁字母与阿拉伯数字组成。轴承类型代号与尺寸系列代号见表12-7,两者以组合代号形式标印在轴承端面上。轴承公差等级及其代号见表12-8。上一页下一页返回12.6滚动轴承的类型、代号及其选择

四、滚动轴承类型的选择选择滚动轴承类型时,应根据滚动轴承的工作载荷(大小、方向、性质)、转速、轴的刚度及其他要求等,参考以下意见进行选择。(1)转速较高、载荷较小、要求旋转精度高时选用球轴承;转速较低、载荷较大有冲击时选用滚子轴承。(2)同时承受径向载荷及轴向载荷的轴承,应区别不同情况选取轴承类型。以径向载荷为主的可选用深沟球轴承;轴向载荷比径向载荷大很多时可采用推力轴承和向心轴承的组合结构,以便分别承受轴向载荷和径向载荷;径向载荷和轴向载荷都很大时可选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。上一页下一页返回12.6滚动轴承的类型、代号及其选择

(3)选用轴承还应考虑调心性能,各类轴承内外圈轴线的相对倾斜角度是有限制的,超过限制角度,会使轴承寿命降低。当支点跨距大、轴的弯曲变形大以及多支点轴时,可选用调心性能好的调心轴承。此外,选用轴承时还应考虑经济性、允许空间、噪声与振动方面的要求。上一页返回12.7滚动轴承的计算一、滚动轴承的失效形式1.滚动轴承元件上的载荷分布滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷(中心轴向载荷)Fa作用下,可认为各滚动体所承受的载荷是相等的。当轴承受纯径向载荷Fr作用时(图12-17),情况就不同了。假设在Fr作用下,内外圈不变形,那么内圈沿Fr方向下降一段距离δ,上半圈滚动体不承载,而下半圈各滚动体承受不同的载荷(由于各接触点上的弹性变形量不同)。处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大(Fmax),而远离作用线的各滚动体,其承载就逐渐减小。对于α=0的向心轴承,可以导出下一页返回12.7滚动轴承的计算式中:z为轴承的滚动体的总数。2.滚动轴承元件上的应力变化由上可知,轴承在承载半圈内各滚动体接触点处分别作用载荷Fi,并引起相应的接触应力。内圈转动、外圈固定不动的轴承,内圈滚道表面上任一点在转动1圈时,应力变化如图12-18(a)所示。外圈滚道上的上半圈不受应力,下半圈当有滚动体经过时,产生由Fi引起的接触应力,沿Fr作用线处的应力最大,滚动体应力仍为变应力。对于滚动体上的固定套圈(内圈或外圈),处于承载区的各接触点,所在位置不同将受到不同的载荷。处于Fr作用线上的点受到最大载荷。每一个具体的点,每当1个滚动体滚过时,便承受1次载荷,大小不变,也就是承受稳定的脉动循环载荷作用,如图12-18(b)所示。上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算3.失效分析(1)疲劳点蚀。由上述分析可知,滚动轴承各组成元件在工作中承受变化的接触应力。在接触变应力的长期作用下,金属表层会出现点蚀。在安装、润滑、维护良好的条件下,滚动轴承的失效形式是滚动体或内、外圈滚道上的点蚀。滚动轴承在发生点蚀破坏后,运转中会产生较强烈的振动、噪声和发热现象,最后导致失效而不能正常工作,轴承的寿命计算就是针对这种失效。上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算(2)塑性变形。当轴承不回转、缓慢摆动或低速转动(n<10r/min)时,一般不会产生疲劳损坏。但过大的静载荷或冲击载荷会使套圈滚道与滚动体接触处产生较大的局部应力,当局部应力超过材料的屈服极限时将产生较大的塑性变形,从而导致轴承失效。因此对这种工况下的轴承需作静强度计算。滚动轴承还有其他失效形式(如套圈断裂、滚动体破碎、磨损、锈蚀等),但只要设计合理、制造合格、安装维护适当,这些失效都是可以避免的。所以在工程上,主要对疲劳点蚀和塑性变形两类失效形式进行计算。上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算二、基本额定寿命和基本额定动载荷所谓轴承的寿命,对于单个轴承来说,是指轴承的一个套圈或滚动体材料上出现第1个疲劳扩展迹象之前,轴承的一个套圈相对另一个套圈旋转的转数。由于制造精度、材料的均质程度等的差异,即使是同样材料、同样尺寸以及同一批生产出来的轴承,在完全相同的条件下运转,它们的实际寿命也不相同,可能相差数十倍。图12-19为典型的轴承寿命分布曲线。一组在相同条件下运转、型号相同的滚动轴承期望达到或超过规定寿命的百分率,称为轴承寿命的可靠度R。单个滚动轴承的可靠度为该轴承达到或超过规定寿命的概率。上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算对于单个滚动轴承或一组在相同条件下运转的型号相同的轴承,其可靠度为90%时的寿命,称为基本额定寿命,以L10表示(单位为百万转,即106r)。对单个轴承来讲,它能顺利地在基本额定寿命期内正常工作的概率为90%,而在基本额定寿命期未达到之前即发生点蚀破坏的概率仅为10%。对一组轴承来讲,在实际上按基本额定寿命计算而选择出的轴承中,可能有10%的轴承发生提前破坏;同时,也可能有90%的轴承超过基本额定寿命后还能继续工作。上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算轴承寿命与所受载荷的大小有关,工作载荷越大,轴承的寿命越短。滚动轴承的基本额定动载荷就是使轴承的基本额定寿命为100万转时,轴承所能承受的载荷值,用C表示。对于向心轴承,由于它是在纯径向载荷下进行寿命试验的,所以其基本额定动载荷通常称为径向基本额定动载荷,记作Cr;对于推力轴承,它是在纯轴向载荷下进行试验的,故称之为轴向基本额定动载荷,记作Ca;对于角接触球轴承或圆锥滚子轴承,指的是使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量。不同型号的轴承有不同的基本额定动载荷值,它表征了不同型号轴承承受载荷能力的大小。上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算三、滚动轴承寿命的计算公式大量试验表明,滚动轴承的基本额定寿命L10(106r)与基本额定动载荷C(N)、当量动载荷P(N)间的关系为式中:ε为寿命指数,对于球轴承ε=3,对于滚子轴承ε=10/3。实际计算时,用小时表示轴承寿命比较方便,令n代表轴的转速(r/min),则以小时数表示的轴承寿命Lh为上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算四、滚动轴承的当量动载荷滚动轴承的基本额定动载荷是在一定的试验条件下确定的。如前所述,对向心轴承是指承受纯径向载荷;对推力轴承是指承受纯轴向载荷。如果作用在轴上的实际载荷是既有径向载荷又有轴向载荷,则必须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。换算后的载荷是假定的载荷,故称为当量动载荷。当量动载荷的计算公式为上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算式中:Fr、Fa分别为轴承的径向载荷及轴向载荷,N;X、Y分别为径向动载荷系数及轴向动载荷系数;ft为温度影响系数,由表12-10查得;fp为载荷系数,由表12-11查得;对只承受纯径向载荷Fr的轴承,当量载荷为对只承受纯轴向载荷Fa的轴承,当量载荷为上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算五、角接触向心轴承轴向载荷的计算角接触向心轴承的结构特点是在滚动体和滚道接触处存在着接触角α。当它承受径向载荷Fr时,作用在承载区内第i个滚动体上的法向力Qi可分解为径向分力Fri和轴向分力Si。各滚动体上所受轴向分力的和即为轴承的内部轴向力S。S的近似值可按照表12-12中的公式计算求得。上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算角接触向心轴承所受的轴向力Fa不仅与作用在轴上的轴向载荷Fx有关,而且还与轴承的内部轴向力S有关。图12-20所示为一对面对面安装的圆锥滚子轴承。轴受径向载荷和轴向载荷作用,轴承1、2上的径向载荷分别为Fr1和Fr2,由它们引起的内部轴向力分别为S1和S2。由图12-20知轴承2上的S2对轴承1是一外力,它与外加轴向载荷Fx反向,故轴承1上的轴向载荷Fa1应取下两值中较大者上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算对轴承2,由于外加轴向载荷Fx与S1同向,故轴承2上的轴向载荷Fa2应取下两值中较大者六、滚动轴承的静强度校核对于转速很低(n≤10r/min)或缓慢摆动的滚动轴承,一般不会产生疲劳点蚀,但为了防止滚动体和内、外圈产生过大的塑性变形,应进行静强度校核。上一页下一页返回12.7滚动轴承的计算GB/T4662—2012规定:使受载最大的滚动体与内、外圈滚道接触处的接触应力达到某一定值的载荷称为基本额定静载荷C0,其值可查相关设计手册。当轴承既受径向力又受轴向力时,可将它们折合成当量静载荷P0,应满足式中:X0、Y0分别为径向和轴向静载荷系数,可查轴承相关手册;S0为静强度安全系数。上一页返回12.8滚动轴承的润滑和密封润滑和密封对滚动轴承的使用寿命具有重要意义。润滑的主要目的是减小摩擦与减轻磨损。滚动接触部位如能形成油膜,还有吸收振动、降低工作温度和噪声的作用。密封的主要目的是防止灰尘、水分等进入轴承,并阻止润滑剂流失。一、滚动轴承的润滑轴承常用的润滑方式有油润滑及脂润滑。此外,也有使用固体润滑剂润滑的。选用哪一类润滑方式,这与轴承的速度有关,一般用滚动轴承的dn值(d为滚动轴承内径,mm;n为轴承转速,r/min)表示轴承的速度大小。适用于脂润滑和油润滑的dn值界限列于表12-13。下一页返回12.8滚动轴承的润滑和密封

1.脂润滑润滑脂的润滑膜强度高,能承受较大的载荷,不易流失,容易密封,一次加脂可以维持相当长的一段时间。对于那些不便经常添加润滑剂的地方,或那些不允许润滑油流失而致污染产品的工业机械来说,这种润滑方式十分适宜。但它只适用于较低的dn值。滚动轴承的装脂量一般为轴承内部空间容积的1/3~2/3。润滑脂的主要性能指标为针入度和滴点。轴承的dn值大、载荷小时,应选针入度较大的润滑脂;反之,应选用针入度较小的润滑脂。此外,轴承的工作温度应比润滑脂的滴点低,对于矿物油润滑脂,应低10~20℃;对于合成润滑脂,应低20~30℃。上一页下一页返回12.8滚动轴承的润滑和密封

2.油润滑在高速高温的条件下,通常采用油润滑。润滑油的主要性能指标是黏度,转速越高,应选用黏度越低的润滑油;载荷越大,应选用黏度越高的润滑油。根据工作温度及dn值,参考图12-21,可选出润滑油的黏度值,然后按黏度值从润滑油产品目录中选出相应的润滑油牌号。油量不宜过多,如果采用浸油润滑,油面应不高于最低滚动体的中心,因为搅动油液剧烈时要造成很大的能量损失,以致引起油液和轴承的严重过热。高速轴承采用喷油或喷雾方法润滑。上一页下一页返回12.8滚动轴承的润滑和密封

二、滚动轴承的密封滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。密封方法可以分为两大类:接触式密封和非接触式密封。上一页返回12.9滚动轴承的组合设计为了保证轴承和轴系零件在规定的期限内正常工作,除了要正确选择滚动轴承的类型、公差等级和尺寸外,还必须合理地解决轴承的配置、固定、装拆、调整、润滑和密封等问题,即合理地进行轴承的组合设计。一、滚动轴承的配置一般来说,1根轴需要2个支点,每个支点可由1个或1个以上的轴承组成。合理的轴承配置应考虑轴在机器中有正确的位置、防止轴向窜动以及轴受热膨胀后不致将轴承卡死等因素。常用的轴承配置方法如下。下一页返回12.9滚动轴承的组合设计1.双支点各单向固定如图12-22(a)所示,轴两端的滚动轴承各限制一个方向的轴向移动,合在一起就可以限制轴的双向移动。它适用于支承跨距较小、温度变化不大的轴。为了补偿轴的受热伸长,在一端轴承外圈与轴承盖之间留有间隙c(c=0.2~0.4mm),间隙由轴承盖和机座之间的垫片控制(图12-19(b))。2.一支点双向固定,另一端支点游动当轴的跨距较大且工作温度较高时,应采用一支点双向固定,另一端支点游动的支承形式,如图12-23所示。上一页下一页返回12.9滚动轴承的组合设计选用深沟球轴承作为游动支承时,应在轴承外圈与轴承盖之间留适当间隙(图12-23(a));选用圆柱滚子轴承时,轴承外圈与轴承盖之间不需要留有间隙,但轴承外圈应作双向固定(图12-23(b)),以保证内圈和滚子相对于外圈作较大的轴向移动。3.两端游动支承对于一对人字齿轮轴,由于人字齿轮本身有相互轴向限位作用,它们的轴承内外圈的轴向紧固应设计成只保证其中一根轴相对机座有固定的轴向位置,而另一根轴上的两个轴承都必须是游动的,以防止齿轮卡死或人字轮齿的两侧受力不均匀。上一页下一页返回12.9滚动轴承的组合设计二、滚动轴承的轴向固定轴承内、外圈的轴向固定,都是为了实现轴在机器中的准确定位,其固定方法取决于轴承载荷的性质、大小和方向以及轴承类型和轴承在轴上的位置。当冲击、振动愈严重,轴向载荷愈大、转速愈高时,所用的固定方法应愈可靠。三、滚动轴承游隙和轴承组合位置的调整游隙对轴承的寿命、效率、旋转精度、温升和噪声都有很大影响。调整轴承游隙的方法有:①靠增减轴承盖与机座之间的垫片厚度进行调整,如图12-24(a)所示;②利用蝶形零件和螺钉进行调整,如图12-24(b)所示。上一页下一页返回12.9滚动轴承的组合设计轴承组合位置调整的目的是使轴上零件(如齿轮、带轮等)具有准确的工作位置。如圆锥齿轮传动,要求两个节锥顶点相重合,方能保证正确啮合;又如蜗杆传动,要求蜗轮中间平面通过蜗杆的轴线等。轴承组合位置的调整,也可用增减垫片的方法实现,如图12-25所示。四、滚动轴承的配合轴承的配合是指内圈与轴颈及外圈与轴承座孔的配合。滚动轴承是标准件,因此其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。轴承配合的选择,应根据工作条件、载荷的大小及性质、转速的高低、工作温度及内外圈中哪一个转动等因素来决定。上一页下一页返回12.9滚动轴承的组合设计一般内圈随轴转动,常采用较紧的配合,外圈固定不转,常采用较松的配合。高速、重载情况下应采用较紧的配合。滚动轴承内外圈配合的具体选择,可参阅机械设计相关手册。五、滚动轴承的装拆轴承内圈通常与轴配合较紧,安装时可用压力机在内圈上施加压力,将轴承压套在轴颈上。对于中小型轴承也可用软锤将轴承内圈轻轻打入。拆卸轴承须用专用的拆卸工具,如图12-26所示。为使拆卸工具的钩头能钩住内圈,应限制轴肩高度。上一页下一页返回12.9滚动轴承的组合设计六、滚动轴承的预紧对某些可调游隙的轴承,在安装时给与一定的轴向作用力(预紧力),使内、外圈产生相对位移而消除游隙,并在套圈和滚动体接触处产生弹性预变形,借此提高轴的旋转精度和刚度,这种方法称为轴承的预紧。预紧力可以利用金属垫片(图12-27(a))或磨窄套圈(图12-27(b))等方法获得。上一页返回12.10工程应用案例:带式输送机和纺织机一、带式输送机如图12-28(a)所示的带式输送机通过三级传动系统来驱动,减速装置有V带传动、二级直齿圆柱齿轮减速器、滚子链传动,如图12-28(b)所示。(1)试选用减速器高速轴所用轴承的型号,并计算其允许的最大径向载荷。已知条件:n=960r/min,工作温度t<100℃,载荷平稳,轴承预期寿命Lh=8000h。(2)已知该输送机滚筒上安装有调心球轴承,试选用调心球轴承的型号。已知条件:Fr=9000N,轴承安装轴径d=50mm,转速n<6r/min,工作温度t<100℃,轴承预期寿命为Lh=10000h。下一页返回12.10工程应用案例:带式输送机和纺织机

解(1)对于减速器高速轴,因为采取直齿圆柱齿轮,因此选用深沟球轴承,型号6306查《机械设计手册》可得,深沟球轴承6306的径向额定动载荷C=26.4kN由t<100℃,查表12-10可得ft=