第十五章轴承

第十五章轴承【教学目的要求】１、熟悉滚动轴承的类型、代号２、掌握滚动轴承的失效形式及寿命计算，了解静强度计算３、熟悉滚动轴承的选择方法４、熟悉滚动轴承的组合设计，了解轴承的配置、固定、配合、预紧和装拆，润滑与密封。５、了解滑动轴承的用途、分类、典型结构、材料及润滑【教学重点难点】1、滚动轴承的失效形式及寿命计算2、滚动轴承的组合设计【授课时数】８学时【教学方法】讲授、课件演示、实物展示、讨论、课堂练习【教学内容】第一节轴承的功用和类型轴承是各种机械中常见的重要零件之一。其功用主要有两个：支承轴和轴上的零件，并保证轴的旋转精度。减小转轴与支承之间的摩擦和磨损。按摩擦的种类的不同，轴承分为：滚动轴承：目前在机械行业应用很广流体（液体）润滑轴承滑动轴承：非液体（混合）润滑轴承第一节滑动轴承的主要类型在高速、高精度、重载的场合以及结构上要求剖分的场合，还经常采用滑动轴承。如轧钢机，大型发电机，汽轮机和曲轴上。对滑动轴承，根据承受载荷方向的不同又分为：承受轴向力止推）滑动轴承：用来推力：用来承受径向力向心（径向）滑动轴承(滑动轴承的特点缺点：普通滑动轴承的启动摩擦阻力比滚动轴承大得多。第二节滚动轴承的组成、类型及性能特点滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的（例如：转动的齿轮与轴）。一、构造1．滚动轴承的构成：内圈、外圈、滚动体、保持架等2．滚动轴承的特点：旋转精度高、启动力矩小、是标准件，选用方便。二、分类及性能特点：见下表。轴承类型轴承类型简图类型代号标准号特性调心球轴承1GB/T281主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双向轴向载荷。外圈滚道为球面，具有自动调心性能，适用于弯曲刚度小的轴。调心滚子轴承2GB/T288用于承受径向载荷，其承载能力比调心球轴承大，也能承受少量的双向轴向载荷。具有调心性能，适用于弯曲刚度小的轴。承载能力大，耐冲击，油膜具有吸振能力运转平稳，无噪音优点流体润滑，小，磨损小可以做成剖分式，便于轴的装拆圆锥滚子轴承3GB/T297能承受较大的径向载荷和轴向载荷。内外圈可分离，故轴承游隙可在安装时调整，通常成对使用，对称安装。双列深沟球轴承4-主要承受径向载荷，也能承受一定的双向轴向载荷。它比深沟球轴承具有更大的承载能力。推力球轴承单向5(5100)GB/T301只能承受单向轴向载荷，适用于轴向力大而转速较低的埸合。双向5(5200)GB/T301可承受双向轴向载荷，常用于轴向载荷大、转速不高处。深沟球轴承6GB/T276主要承受径向载荷，也可同时承受少量双向轴向载荷。摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广泛。角接触球轴承7GB/T292能同时承受径向载荷与轴向载荷，接触角有15°、25°、40°三种。适用于转速较高、同时承受径向和轴向载荷的场合。推力圆柱滚子轴承8GB/T4663只能承受单向轴向载荷，承载能力比推力球轴承大得多，不允许轴线偏移。适用于轴向载荷大而不需调心的场合。圆柱滚子轴承外圈无挡边圆柱滚子轴承NGB/T283只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷。承受载荷能力比同尺寸的球轴承大，尤其是承受冲击载荷能力大。第三节滚动轴承的代号一、滚动轴承的代号一）、代号含义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。滚动轴承代号构成：前置代号基本代号后置代号类型代号尺寸代号内径代号（2位）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。前置代号——表示轴承的分部件。内径代号：内径代号×5=内径，如：08表示轴承内径d=5×08=40mm。尺寸系列代号：表达相同内径但外径和宽度不同的轴承。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”。类型代号：常用轴承代号为3、5、6、7、N五类，详细代号查阅类型代号表。公差等级代号：公差分2、4、5、6(6x)、0级，共五个级别。以/P2、/P4、/P5、/P6(/P6x)为代号，0级不标注。游隙代号：游隙分1、2、0、3、4、5共六个组别以/C1、/C2、/C3、/C4、/C5为代号，0组不标注。二）、滚动轴承的类型代号表(查书表)三)、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α=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；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。具体应用时可查阅GB/T272-93。第四节滚动轴承的类型选择滚动轴承是标准零件，同学们应能在机械设计过程中，根据使用的要求较合理地选择滚动轴承的类型与规格。1．轴承选择的一般过程如下：选择轴承的类型和直径系列按轴径确定轴承内径进行承载能力验算2．滚动轴承类型选择应考虑的问题a.承受载荷情况方向：向心轴承用于受径向力；推力轴承用于受轴向力；向心推力轴承用于承受径向力和周向力联合作用。大小：滚子轴承或尺寸系列较大的轴承能承受较大载荷；球轴承或尺寸系列较小的轴承则反之。b.尺寸的限制当对轴承的径向尺寸有较的严格限制时，可选用滚针轴承。c.转速的限制球轴承和轻系列的轴承能适应较高的转速，滚子轴承和重系列的轴承则反之；推力轴承的极限转速很低。d.调心性要求调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求。第五节滚动轴承的寿命计算一、滚动轴承的失效形式滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效，下列为常见的失效形式：点蚀，磨损，胶合，断裂；套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承最基本和常见的失效形式，是作为滚动轴承寿命计算的依据。除了点蚀以外，轴承还可能发生其它多种的失效形式。例如：转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等这些失效形式可以通过加强装配过程管理等措施来克服。二、计算准则1.对于转速较高的轴承要计算寿命.2.对于转速较低的或往复摆动轴承要计算静强度.3.对于转速较高的轴承除要计算寿命,还应限制最高转速.三、滚动轴承的寿命计算一）、基本额定寿命和基本额定动载荷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1.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。二）、滚动轴承的寿命计算基本额定寿命计算式三）、滚动轴承的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：P=XFr+YFa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(查表13-10)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。即：P=fp(XFr+YFa)四、滚动轴承的静强度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。轴承上作用的径向载荷Fr与轴向载荷Fa应折合成一个当量静载荷P0，即：P0=X0Fr+Y0Fa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，可由轴承手册查取按轴承静承载能力选择轴承的公式为：P0=X0Fr+Y0FaC0≥S0P0式中：S0为静强度安全系数，可由设计手册查取五、滚动轴承的极限转速粘着和胶合失效产生的重要原因是转速过高。所以，为了防止失效就要限制轴承的极限转速。各种轴承的极限转速是由试验得出limn在实际工作中：max12limnffnf1----载荷系数f2----载荷分布系数)10(610rPCL　　)(60106hPCnLh　　　或。为轴承的工作转速　　　载荷；为轴承所承受的当量动　　　（滚子轴承）；（球轴承）；其中：min)/(3103rnP第六节滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计的内容包括：轴承的定位和紧固、轴承的配置设计、轴承位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。一、轴系的固定方式1、两端固定支承(a)(b)调整垫片调整垫片2、一端固定一端游动支承3、两端游动支承二、滚动轴承的定位和紧固滚动轴承的轴向紧固是指将轴承的内圈或外圈相对于轴或轴承座实施紧固。具体的紧固方法有很多。三、轴系部件的位置调整锥齿轮或蜗杆在装配时，通常需要进行轴向位置的调整。为了便于调整，可将确定其轴向位置的轴承装在一个套杯中，改变套杯在外壳孔中的位置即可方便地对轴系部件进行整体调整。四、滚动轴承的配合与装拆1．滚动轴承的配合滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。轴承的内、外圈属于薄壁零件，容易变形。当它装入外壳孔或装在轴上后，其内外圈的不圆度将受到外壳孔及轴颈形状的影响。滚动轴承内孔与轴的配合采用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基轴制2、滚动轴承的装拆装拆滚动轴承时，不能通过滚动体来传力，以免使滚道或滚动体造成伤害。由于轴承的配合较紧，装拆时以使用专门的工具为宜。在进行滚动轴承的安装设计时，应注意以下问题：应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞而使轴承提前损坏；对于一根轴上两个支承的座孔，必须尽可能地保持同心。最好的办法是采用整体结构的外壳，并把两轴承孔一次镗出；正确选择轴承的配合，保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔在工作时发生相对转动；在安装轴承的过程中，应确保实施安装轴承的力不作用的滚动体上，否则将使轴承损坏；对轴承适当地预紧，以此提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚度、减小机器工作时轴的振动。五、滚动轴承的润滑与密封一）、滚动轴承的润滑1.润滑的目的润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；轴承的摩擦发热使轴承升温，油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的工作温度，延长使用寿命；良好的润滑状态，可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，可以使接触压力减小轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈。2.润滑方式的选择轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。选哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关。选择润滑方式时，可查阅各类润滑方式的dn值界限表。二）、滚动轴承的密封1．作用：阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。2．密封装置可分为：非接触式密封和接触式密封。第七节滑动轴承概述一、径向滑动轴承的结构有两种常用的类型：1、整体式：主要由：轴承座和轴套组成：输送润滑油。在内表面上开出油沟以。轴套上开有油耳孔，，压入轴承座上的孔内减磨材料制造。装配时轴套：与轴颈配合。用机座相联接。滑。轴承座用螺栓与螺纹孔，便于轴承的润。其顶部有装油杯用的轴承座：常用铸造制造特点：优点：结构简单，加工方便，成本低。缺点：①装拆不方便（主要指轴的装拆是以端部进行，对于粗重的轴则不方便；②磨损以后，间隙过大，不能调整。2、剖分式主要由：轴承座，轴承盖，剖分的轴瓦，轴承盖螺栓组成轴承座与轴承之间用螺栓连接，座与盖通常也是用铸铁制造的。剖分面常作成阶梯形（做出“止”口），以便于定位，并防止工作时错动。另外，剖面最好与载荷方向垂直或