荆职院机械设计基础教案09轴承

PAGE本章第1讲第9章轴承9.1轴承的概述1）目的任务：掌握滚动轴承的类型、特点及代号，了解滚动轴承类型的选择,了解滑动轴承的一般知识。2）重点:滚动轴承的类型、特点及代号3）难点：滚动轴承类型的选择4）教学方法：多媒体（结构演示）5）讲授学时：2学时轴承的功用：支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。9.2滑动轴承轴承是支承轴和轴上零件的部件。按摩擦性质分：滑动轴承和滚动轴承。按受载方向分：受径向载荷的径轴承和受轴向载荷的推力轴承。9.2.1滑动轴承的结构1．径向滑动轴承的结构形式图9-2.1所示为整体式滑动轴承，由轴承体1、轴承2、润滑装置等组成。这种轴承结构简单，但装拆时轴或轴承需轴向移动，而且轴套磨损后轴承间隙无法调整。整体式轴承多用于间歇工作和低速轻载的机械。2．推力滑动轴承的结构形式常见的止推面结构有：轴的端面（图9-2.3a，b）、轴段中制出的单环或多环形轴肩（图9-12.3c，d）等。9.2.2轴瓦和轴承衬1、结构轴瓦和轴套是滑动轴承中的重要零件。轴套用于整体式滑动轴承，轴瓦用于剖分式滑动轴承。轴瓦有厚壁（壁厚δ与直径D之比大于0.5）和薄壁两种（图9-2.4）。薄壁轴瓦是将轴承合金粘附在低碳图9-2.4轴瓦钢带上经冲裁、弯曲a)薄壁轴瓦b)厚壁轴承变形及精加工而成，这种轴瓦适合于大量生产，质量稳定，成本低。但刚性差，装配后不再修刮内孔，轴瓦受力变形后形状取决于轴承座的形状，所以轴承座也应精加工。轴瓦的主要参数是宽径比B/d，B是轴瓦的宽度，d是轴颈直径。对流体磨擦滑动轴承，常取B/d=0.5~1；对边界和混合磨擦滑动轴承，常取B/d=0.8~1.5。2、材料轴瓦和轴承衬的材料性能：①磨擦因数小；②导热性好，热胀系数小；③耐磨、耐蚀、抗胶合能力强；④足够的机械强度和一定的可塑性；⑤对润滑油的亲合性。常用的轴瓦和轴承衬材料有：（1）铸造轴承合金又名巴氏合金或白合金。(2)铸造青铜（3）粉末合金该合金又称金属陶瓷（4）非金属材料大型滑动轴承（如水轮机轴承）可选用醛酚塑料；中小型轴承，可选用聚酰胺（尼龙）塑料。（5）碳-石墨、橡胶和木材。9.3滚动轴承的概述9.3.1滚动轴承的组成滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成，如图9.3。9.3.2滚动轴承的类型及特点1、按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。推力轴承又可分为推力角接触轴承和轴向接触轴承。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。调心轴承允许的偏位角大。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。6、按运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。9.4滚动轴承的代号与选择滚动轴承代号是表示其结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征的产品符号，由字母和数字组成。按GB/T272-93的规定，轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成，其表达方式如表9.3所列。9.4.1基本代号基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号及内径代号三部分构成。1、类型代号用数字或大写拉丁字母表示，如表9.4所列。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9.5。直径系列代号表示内径相同的同类轴承有几种不同的外径和宽度，如图9.5所示。宽度系列代号表示内、外径相同的同类轴承宽度的变化。3、内径代号表示轴承的内径尺寸，见表9.5所列。后置代号用字母或字母加数字表示。内部结构代号及含义如表9.8所列；公差等级代号及含义如表9.9所列；游隙代号及含义如表9.10所列；、配置代号及含义如表9.11所列。有关后置图9.5轴承的直径系列代号的其他内容可查阅轴承标准及设计手册。滚动轴承代号示例：71908/P57——轴承类型为角接触球轴承；19——尺寸系列代号。1为宽度系列代号，9为直径系列代号。08——内径代号，d=40mm；P5——公差等级为5级。62046——轴承类型为深沟球轴承；（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；04——内径代号，d=20mm；公差等级为0级（公差等级代号/P0省略）。轴承代号中的基本代号最为重要，而7位数字中以右起头4位数字最为常用。9.4.3滚动轴承类型的选择一、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称为游隙。2、极限转速在一定载荷和润滑条件下，允许最高转速叫极限转速。3、偏位角4、接触角由轴承结构类型所决定的接触角称为分称接触角。二、滚动轴承类型的选择滚动轴承的选型原则：1、载荷条件2、转速条件3、装调性能4、调心性能5、经济性在满足使用要求的情况下优先选用价格低廉的轴承。本章第2讲9.5滚动轴承的分析及计算1）目的任务：掌握滚动轴承的寿命计算，理解基本额定寿命与基本额定动载荷2）重点:滚动轴承的寿命计算3）难点：基本额定动载荷4）教学方法：多媒体5）讲授学时：2学时9.5.1滚动轴承的受载情况分析以深沟球轴承为例进行分析。9.5.2滚动轴承的失效形式和计算准则1、失效形式(1)疲劳点蚀（2）塑性变形（3）磨损2.计算准则（1）以于一般转速的轴承，即10r/min＜n＜nlim，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n＜lr/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。9.5.3滚动轴承的寿命计算1.基本额定寿命和基本额定动载荷(1)寿命（2）可靠度（3）基本额定寿命（4）基本额定动载荷2、当量动载荷当量动载荷的计算公式为（9．1）式中为载荷系数，是考虑机器工作时振动、冲击对轴承寿命影响的系数，对于只承受纯径向载荷的向心轴承,其当量动载荷为(9.2)对于只承受纯轴向载荷的推力轴承,其当量动载荷为(9.3)3、滚轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算基本公式为(9.4)当轴承的工作温度高于100℃时，其基本额定动载荷C的值将降低，需引入温度系数进行修正，得(9.5)若以基本额定动载荷C表示，可得(9.6)式中n为工作转速，单位为r/min；fT为温度系数，见表9.14；值。两支点轴向载荷的步骤如下：1）根据轴承和安装方式，画出内部轴向力FS1和FS2的方向；2）设内部轴向力FS1与外载荷FA同向，FS2与FA反向。通过比较FA+FS1与FS2的大小判断轴的移动趋势及轴承的压紧及放松端。3）压紧关的轴向载荷Fa等于除去压紧关本身的人部轴向力外，所以轴向力的代数和；4）放松端的轴向载荷Fa等于放松端本身的内部轴向力FS。9.5.4滚动轴承的静强度计算1、基本额定静载荷C0基本额定静载荷对于向心轴承为径向额定静载荷C0r；对推力轴承为轴向额定静载荷C0a。各类轴承的C0值可由轴承标准中查得。2、当量静载荷P0向心轴承的径向当量静载荷P0r按下式计算：α=0°的向心滚子轴承为P0r=Fr(9.7)向心球轴承和α≠0°的向心滚子轴承为P0r=X0Fr+Y0FaP0r=Fr(9.8)式中X0、Y0分别为静径各载荷系数和静轴向载荷系数，见表9.17取式（9.8）中两式计算值的较大值。推力轴承的轴向当量静载荷按下列公式计算：α=90°的推力轴承为P0a=Fa（9.9）α≠90°的推力轴承为P0a=2.3Frtanα+Fa(9.10)3、静强度计算即制轴承产生过大塑性变形的静强度计算公式为（9.11）式中S0为静强度安全系数，如表9.18所列；C0为基本额定静载荷，单位为N；P0为当量静载荷，单位为N。9.5.5滚动轴承的选择1、轴承类型的选择应先选取几个轴承类型方案，然后进行全面的分析比较，最后才能确定究竟选用哪一类型的轴承最为合适。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（9.6）求出基本额定动载荷C，然后查有关的轴承手册确定轴承的尺寸。选择轴承尺寸的原则：（1）对于静止轴承、缓慢摆动或极低速动转的轴承（工作转速n<1r/min），根据其失效形式可知选择轴承时应按静载荷计算。（2）对于一般运转的轴承（10<n≤nlim）,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1～10r/min之间时，其轴承尺寸的选择有两种方法：①按n=10r/min选择轴承尺寸；②一方面将实际的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。将二者进行比较，把其中较大值对应的轴承尺寸作为所选的轴承尺寸。（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。若不能满足要求时则可放大轴承的尺寸。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宜选用普通级（PO）精度的轴承。思考题与习题P3241.3.6.7.本章第3讲9.6滚动轴承的组合设计1）目的任务：能够正确的进行轴承的组合设计,滑动轴承和滚动轴承的性能比较。2)重点:轴承的轴向固定3)难点：轴承的调整，密封和润滑。4)教学方法：多媒体5）本节学时：2学时9.6.1轴承的轴向固定1、内圈固定为保证定位可靠，轴肩圆角半径必须小于轴承的圆角半径。2、外圈固定轴向固定可以是单向固定也可以是双向固定。9.6.2轴承组的轴向固定常用轴承组轴向固定的方式有以下三种。1、两端固定式2、一端固定、一端游动式3、两端游动式9.6.3轴承组合的调整1、轴承间隙的调整为使轴正常工作，通常采用如下调整措施保证滚动轴承应有的轴向间隙。（1）调整垫片如图9.21所示，靠增减端盖与箱体结合面间垫片的厚度进行调整。（2）可调压盖如图9.22所示，利用端盖上的螺钉控制轴承外圈可调压盖的位置来实现调整，调整后用螺母锁紧防松。可调压盖适于各种不同的端盖形式。（3）调整环如图9.23所示，在端盖与轴承间设置不同厚度的调整环来进行调整。这种调整方式适用于嵌入式端盖。图9.23调整环调整轴向间隙2、轴系位置的调整9.6.4轴承组合支承部分的刚度和同轴度在支承结构中安装轴承处必须要有足够的刚度才能使滚动体正常滚动。因此轴承座孔壁应有足够的厚度，并用加强肋增强其刚性。角接触轴承安装方式不同时轴承组合的刚性也不同。一般机器中常用正装方式，以方便安装和调节。9.6.5轴承的预紧轴承的预紧就是在安装轴承时使其受到一定的轴向力，以消除轴承的游隙并使滚动体和内、外圈接触处产生弹性预变形。预紧的目的在于提高轴承的刚度和旋转精度。成对并列使用的圆锥滚子轴承、角接触球图9.27轴承组安装方式示意图轴承，对旋转精度和刚度有较高要求的轴系通常都采用预紧方法。常用的预紧方法有磨窄套圈并加预紧力、在套圈间加垫片并加预紧力、在两轴承间加入不等厚的套筒控制预紧力等。9.6.6滚动轴承的配合与装拆合理选择滚动轴承的配合与装拆方法是影响轴组件的运转精度、轴承的使用寿命以及轴承维护难易的重要因素。1、滚动轴承的配合（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，但又不能过松百发生相对转动。（4）轴承与空心轴的配合应选用较紧配合，剖分式轴承座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。滚动轴承配合的选择可查阅有关的设计手册。2、滚动轴承的安装与拆卸（1）轴承的安装1）冷压法常用专用压套压装轴承的内、外圈，如图9.29所示。2）热套法将轴承放入油池中加热至80～100℃，然后套装在轴上。（2）轴承的拆卸9.6.7滚动轴承的润滑与密封1、滚动轴承的润滑目的：是减少磨擦与磨损，同时起到冷却、吸振、防锈及降低噪声等作用。润滑剂：润滑油、润滑脂及固体润滑剂。润滑方式和