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机械设计教程-14轴承

作者:小编2024-02-15 19:42:29

  轴承的功用:支承轴及轴上的旋转零件,使其回转并保证一定的旋转精度,减少相对摩擦和磨损。

  滚动轴承是标准件,由专业工厂生产。设计时只需根据轴承工作条件选用合适的类型和尺寸的滚动轴承,进行寿命计算,并对轴承的安装、润滑、密封给予合理设计和安排。

机械设计教程-14轴承

  滚动轴承的材料:内、外圈、滚动体—GCr15、GCr15-SiMn等轴承钢,热处理后硬度HRC60~65;保持架:低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯。

  不同,可分为向心轴承和推力轴承。向心轴承又可以分为径向接触轴承(α=0)和角接触向心轴承(0<α<45)推力轴承又可以分为轴向接触轴承(α=90)和角接触推力轴承(45<α<90)

  滚动轴承是标准件,GB272/T-93规定了轴承代号的表示方法。轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号三部分构成。

  类型代号由一位(或两位)数字或英文字母表示,其相应的轴承类型参阅设计手册。

  尺寸系列代号由两位数字组成。前一个数字表示向心轴承的宽度或推力轴承的高度;后一个数字表示轴承的外径。直径系列代号为7表示超特轻;8、9表示超轻;0、1表示特轻;2表示轻;3表示中;4表示重;5表示特重;宽度系列代号为0表示窄型;1表示正常;2表示宽;3、4、5、6表示特宽。

  内径代号由数字组成。当轴承的内径在20~480㎜范围内(22、28、32㎜除外),用内径的毫米数除以5的商数表示;内径为10,12,15,17㎜的轴承内径代号分别为00,01,02,03;内径为22,28,32㎜和尺寸等于或大于500㎜的轴承,其内径代号直接用公称内径毫米数表示,但在与尺寸系列代号之间用“/”分开;内径小于10㎜的轴承内径代号表示方法可查阅GB272/T—93。

  前置、后置代号是轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有改变时,在其基本代号左右添加的补充代号。

  WS、GS——分别为推力圆柱滚子轴承的轴圈和座圈,如WS81107、GS81107。

  ,E代表增大承载能力进行结构改进的增强型等,如7210B,7210AC,NU207E

  R、N、NR——轴承外圈带有止动挡边、止动槽、止动槽并带止动环,例:6210N

  当轴承承受纯径向载荷时,可选用向心轴承中的径向接触轴承;受纯轴向载荷时,可选用推力轴承;当径向载荷和轴向载荷都比较大时,宜选用角接触轴承。要注意内外圈可分离的短圆柱滚子轴承不能承受轴向力。

  球轴承比滚子轴承有较高的极限转速,高速或要求旋转精度高时,应优先选用球轴承。高速轻载时,宜选用超轻,特轻或轻系列轴承;低速、重载时,可采用重和特重系列轴承。

  轴承内外圈轴线间的偏斜角应控制在极限值之内,否则会增加轴承的附加载荷而使其寿命降低。当偏斜角较大时,可选用调心轴承。

  2、试说明下列各轴承的内径有多大?哪个轴承的公差等级最高?哪个允许的极限转速最高?哪个承受径向载荷能力最大?哪个不能承受径向载荷?

  轴承工作时,滚动体和内、外套圈之间产生相对运动,在负荷作用下,滚动体和内、外套圈的接触处产生循环变化的接触疲劳应力。长期工作会产生点蚀破坏,使轴承运转时产生振动、噪声,乃至丧失运转精度。

  低速轴承和间歇摆动轴承,一般不会产生疲劳点蚀破坏,但在过大的冲击负荷或静负荷下,滚道和滚动体会出现不均匀的永久塑性变形凹坑,增大摩擦,降低运转精度。

  在多粉尘或润滑不良条件下,滚动体和套圈的工作面产生磨损。速度过高时还会出现胶合、表面发热甚至滚动体回火。其他还有因安装、拆卸、维护不当引起的元件断裂、锈蚀、化学腐蚀等。

  1、对回转的滚动轴承,最主要的失效形式是疲劳点蚀破坏。一般情况下,均应进行轴承的寿命计算。

  2、对低速轴承或摆动轴承,要求控制其塑性变形,应进行静强度计算。负荷较大或有冲击负荷的回转轴承,亦应进行静强度计算。

  3、对高速轴承,主要是由于发热而引起的磨损、烧伤失效,除需要进行寿命计算外,还应验算极限转速。

  滚动轴承任一元件的材料首次出现疲劳点蚀前的总转数或在某一给定的恒定转速下的运转小时数。

  一批型号相同的轴承,在相同的运转条件下,其中90%在疲劳点蚀前能运转的总转数或在给定转速下所能运转的总工作时数。其可靠度为90%,以符号L10或Lh10表示。

  轴承的基本额定寿命为一百万(106)转时所能承受的最大负荷为轴承的基本额定动负荷,以Cr表示。

  在基本额定动载荷作用下,轴承可以转106转而不发生点蚀失效的可靠度为90%。

  指引起套圈间产生相对径向位移时载荷的径向分量——角接触球轴承和圆锥滚子轴承

  定义:将实际载荷转换为作用效果相当并与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的假想载荷,该假想载荷称为当量动载荷P。

  理解为:在当量动载荷P作用下的轴承寿命与实际联合载荷作用下的轴承寿命相同

  轴有向左移动的趋势,使轴承1被“压紧”,轴承2被“放松”,压紧的轴承1外圈通过滚动体将对内圈和轴产生一个阻止其左移的平衡力

  轴有右移趋势,轴承2被“压紧”,轴承1被“放松”,“2”上产生一个平衡力

  2)“压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外,轴上其他所有轴向力代数和。

  已知轴承基本额定寿命为一百万转(1×106r)时的基本额定动载荷为Cr,

  基本额定静载荷C0:取决于正常运转时轴承允许的塑性变形量,即受载最大的滚动体与滚道接触处中心处引起的接触应力达到一定值

  轴承的当量静载荷(假想载荷):在当量载荷作用下轴承的塑性变形量与实际载荷作用下轴承的塑性变形量相同。

  当P0.1C,轴承受联合载荷时,润滑情况变坏,∴应对极限转速进行修正,这时轴承实际许用转速

  应根据轴承的工作载荷(大小、方向和性质)、转速高低、支承刚性、安装精度、结合各类轴承的特性和应用经验进行综合分析,确定合适的轴承。

  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、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;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。

  6、7、N——极限转速较高;推力轴承——极限转速较低,∴只受Fa而n较高时——不用推力轴承而宁可用6\7两类,球轴承极限转速高于滚子轴承,轻系列极限转速高于中或重系列轴承。

  7、旋转精度较高时,应选用较高的公差等级和较小的游隙;转速较高时,应选用较高的公差等级和较大的游隙;公差等级越高,轴承价格越贵;滚子轴承价格高于球轴承,深沟球轴承价格最低

  滚动轴承的组合结构设计包括:轴承的固定、调整、预紧、配合、装拆、润滑和密封等问题。

  1、周向固定目的:保证轴承受力后,其内圈与轴颈、外圈与座孔之间不产生相对圆周运动。

  方法:轴承内圈与轴颈配合采用基孔制,轴承外圈与轴承座孔配合采用基轴制,并选择合适的配合。

  1、双支点单向固定(两端固定式)两个支承分别限制轴的单向移动,此种结构适用于工作温度变化不大的短轴。

  轴承组合位置的调整,包括轴承间隙的调整和轴系的轴向位置的调整。轴承间隙的调整方法很多,最常见的是用增减轴承盖与箱体间的垫片来调整。

  预紧的目的是:提高轴承的旋转精度,增加轴承的组合刚性,减小轴在运转时的振动和噪声。轴承预紧方法:在轴承外圈(或内圈)之间加金属垫片或将外圈(或内圈)磨窄来实现,也可以通过调整两轴之间隔套的宽度等方法来获得。

  安装轴承时,可用压力机,也可在内圈上加套后用锤子均匀敲击装入轴颈;对精度要求较高的轴承,还可采用热配法,将轴承放在不到100°C的油中加热后,再装入。轴承的拆卸则要用专门的拆卸工具。

  承载大,不易流失,结构简单,密封和维护方便,但Ff大,易于发热。∴适合于不便经常维护,转速不太高的场合。一般润滑剂的填充量1/3~1/2轴承空间。常用钙基脂(T65℃),钠基脂、钙钠基脂(T较高),n较高时,锂基脂。

  油润滑冷却效果较好,f较小,但供油系统和密封装置均较复杂,适于高速场合。

  密封的目的:防止灰尘、水分和杂物侵入轴承内,并阻止润滑剂的流失。1、接触式密封——适于低速,为防止磨损,要求接触处表面粗糙度小于R1.6~0.8

  ①毡圈密封——轴承盖上梯形槽内放置矩形剖面细毛毡,适合于V4~5m/s,轴承脂润滑的密封

  ②橡胶油封(标准件、较常用)——耐油橡胶制唇形密封圈靠弹簧压紧在轴上,唇向外—防灰法,唇向里—防油流失,组合放置—同时起防灰和防油流失的作用。

  ①油沟密封(间隙密封)——轴与盖之间约0.1~0.3mm间隙,盖上车出沟槽,槽内充满润滑脂,结构简单,适于v5~6m/s

  ②甩油密封——轴上开沟槽,将欲外流的油沿径向甩开,再经轴承盖上集油腔及油孔流回轴承;挡油环式甩油盘—利用离心力甩去档油环上的油,让其流回油箱内,以防油冲入轴承内。适于轴承脂润滑。

  ③曲路密封(迷宫密封)——将旋转和固定的密封零件间的间隙制成曲路形式,缝隙间填入润滑脂,加强密封效果——密封效果较好,适于油和脂沟滑v30m/s

  另外,某些标准密封轴承——如单面或双面带防尘盖(-RZ)和密封盖的轴承,由于装配时已填入了润滑脂,∴无需维护或再加密封装置——应用日趋广泛。

  1、通过查阅手册比较6008,6208,6308,6408轴承的内径d、外径D轴承设计、宽度B和基本额定动载荷C,并说明尺寸系列代号的意义。2、为什么角接触轴承和调心轴承通常是成对使用?

  1.滑动轴承的特点、类型及应用2.滑动轴承的材料及轴瓦结构3.非液体摩擦滑动轴承的计算

  按承载分:向心轴承(受Fr);推力轴承(受Fa)按润滑状态分:流体润滑轴承;非流体润滑轴承;无润滑轴承(不加润滑剂)

  (2)流体摩擦滑动轴承在起动、行车、载荷、转速比较大的情况下难于实现流体摩擦

  例:机床、汽轮机、发电机、轧钢机、大型电机、内燃机、铁路机车、仪表、天文望远镜等。

  由轴承座,轴承盖,剖分轴瓦(附轴承衬)、双头螺柱(调整垫片)等,轴瓦表面有油沟,油通过油孔、油沟而流向轴颈表面,轴瓦一般水平部分,也有倾斜部分。

  适于宽径比B/d1.5轴承,可避免轴弯曲变形或轴承孔倾斜时造成轴颈与轴瓦两端边缘接触加剧磨损和发热。

  外表面为圆锥面的轴套上开一个缝口,另在圆周上开三个槽(以减小刚性),使之易变形,轴瓦两端各装一个调节螺母,通过松紧调节螺母3.5,使锥形轴套轴向移动,从而调整轴套与轴间的间隙——用于一般机床主轴。

  推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成,用于承受轴向载荷。常用的轴颈形式有:实心端面轴颈、空心端面轴颈、单环轴颈和多环轴颈。实心端面轴颈由于工作时轴心与边缘磨损不均匀, 以致轴心部分压强极高, 所以很少采用。空心端面轴颈与环状轴颈的推力轴承工作情况较好。

  轴瓦的形式:整体式、剖分式结构:单金属;双金属(有轴承衬1~2层);三金属;钢—青铜—轴承衬

  部分式轴瓦:厚壁轴瓦(铸造形成)、薄壁轴瓦(用双金属板连续轧制,质量好,成本低,但轴瓦刚性差—在汽车发动机、柴油机上应用广泛)。

  实践证明,衬厚度愈薄(S0.36mm)轴承合金的疲劳强度愈高;∴轴承衬要尽可能做薄一些。

  (4)水平安装轴承油槽开半周,不要延伸到非承载区,全周油槽应开在轴承端高处。

  油室——使润滑油沿轴向均匀分布,同时起到贮油、稳定供油和改善轴承散热条件的作用

  对轴承材料的要求:良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性;良好的顺应性,嵌入性和磨合性;足够的强度和必要的塑性;良好的耐腐蚀性、热化学性能(传热性和热膨胀性)和调滑性(对油的吸附能力);良好的工艺性和经济性等。

  1)铸铁:灰铁;球铁(中有游离的石墨能有润滑作用)——性能较好,适于轻载、低速,不受冲击的场合。

  2)轴承合金(又称巴氏合金或白合金)——由锡(Sn)、铜(Pb)、锑(Sb)、铜(Cu)等组成。

  以锡或铅为基体(软)——其中含有锑锡(Sb-Sn)或铜锡(Cu-Sn)的硬晶粒。硬晶粒起耐磨作用,软基体则增加材料的塑性