精密机械设计基础课件(合肥工业大学)第十一章 支承

第十一章支承第十一章支承第一节概述第二节滑动摩擦支承第三节滚动摩擦支承第四节弹性摩擦支承第五节流体摩擦支承参考文献张策主编，《机械原理与机械设计》（下册），机械工业出版社，2004濮良贵主编，《机械设计》，高等教育出版社，2006其他机械设计的相关书籍第一节概述组成：运动件、承导件运动件承导件第一节概述分类（按运动件和承导件之间的摩擦性质）滑动摩擦支承滚动摩擦支承弹性摩擦支承流体摩擦支承第二节滑动摩擦支承一、圆柱面支承轴瓦轴轴颈轴承座第二节滑动摩擦支承圆柱面支承的应用场合要求很高的旋转精度；承受重载、振动和冲击；尽可能小的尺寸和可拆卸；低速、轻载和不重要的轴承。第二节滑动摩擦支承圆柱面支承的结构轴颈的结构整体式圆柱面支承的结构剖分式圆柱面支承的结构滑动轴承、轴瓦第二节滑动摩擦支承轴套和轴瓦的材料（减摩材料）铸铁铜合金轴承合金陶瓷合金非金属材料第二节滑动摩擦支承圆柱面支承的润滑润滑剂的作用减小摩擦和磨损，提高抗腐蚀能力，缓冲振动和冲击，散热，密封。第二节滑动摩擦支承润滑剂的种类•润滑油（使用最多）润滑、冷却。•润滑脂承载能力高，流动性小，不易流失，但摩擦功耗大。应用于滑动速度低、压强较高、不便常加油的场合。第二节滑动摩擦支承圆柱面支承的设计和计算摩擦力矩的计算•支承承受径向载荷计算•支承承受轴向载荷计算•同时承受轴向和径向载荷－总摩擦力矩等于两种载荷所产生的摩擦力矩之和第二节滑动摩擦支承圆柱面支承的设计和计算圆柱面支承尺寸的确定•强度计算方法•根据摩擦力矩计算方法0.2rbFud2fVrMdfF第二节滑动摩擦支承圆柱面支承的设计和计算圆柱面支承的技术条件加工精度等级、配合种类、表面粗糙度、表面几何形状等。根据支承的旋转精度要求、受力情况和转速高低等因素，参考有关手册和类似产品选定。第二节滑动摩擦支承二、其它型式滑动摩擦支承顶针支承轴尖支承球支承第三节滚动摩擦支承第三节滚动摩擦支承一、滚动轴承组成：外圈内圈滚动体保持架第三节滚动摩擦支承第三节滚动摩擦支承分类（根据所受载荷方向）第三节滚动摩擦支承常用滚动轴承1调心球轴承2调心滚子轴承3圆锥滚子轴承4双列深沟球轴承5推力球轴承6深沟球轴承7角接触轴承8推力圆柱滚子轴承N圆柱滚子轴承NA滚针轴承第三节滚动摩擦支承滚动轴承类型的选择载荷的方向和大小－首要考虑因素轴承的转速－低于极限转速轴承的刚性轴承的安装和拆卸轴承的调心性能调心轴承的摩擦力矩经济性1.轴承的载荷大小：滚子轴承优于球轴承方向：径向R（6、1、N）轴向A（5）R+A（7、3、6）轴承的载荷(方向)2.轴承的转速极限转速nlim：载荷P0.1C，冷却正常，0级公差时轴承的最大允许转速。对高转速的轴承：①优先选用球轴承（润滑的阻力）②轻系列轴承优于中、重系列（离心力）③实体保持架优于冲压保持架（易形成油膜减小摩擦）④提高公差等级、改善润滑条件等推力轴承的主要承载能力表现在轴向，离心力过大时无法通过径向反力平衡，将引起较大的反力，发热大，极限转速较低轴承的调心性能调心轴承的结构,可以在一定范围（调心球：2～3度，调心滚子及调心推力滚子：1.5～2.5度）内自行调整轴线方向，并不影响其承载能力，在农业机械及工程机械中，很多轴系无法保证同心度，多需要调心轴承的调心作用，同时这种机械中零件的轴向位置也无法准确保证，所以常使用光轴，轴表面的形状和尺寸都不能保证与轴承内径的配合要求，常使用紧定套和内锥孔轴承的组合实现轴承与轴的装配，第三节滚动摩擦支承滚动轴承的代号（GB/T272-93）前置代号基本代号后置代号轴承分部件轴承类型尺寸系列轴承内径内部结构密封、防尘与外部形状保持架及其材料轴承材料公差等级游隙配置其它第三节滚动摩擦支承滚动轴承的代号－基本代号类型代号尺寸系列代号内径代号表11-4表11-5表11-6××直径系列宽度系列（向心轴承）高度系列（推力轴承）滚动轴承尺寸系列代号示意图基本代号五四三二一类型内径20~480直径系列2轻3中4重宽度系列多数正常系列可不标后置代号特殊材料特殊结构C15AC25B40公差/P2、4、5、6、6x、0游隙/C1、2、0、3、4、5前置代号分部件：内圈L外圈保持架K滚动体例：7211C/P5角接触球轴承、正常宽度、轻系列、直径55、接触角155级精度；常用游隙。第三节滚动摩擦支承滚动轴承的代号－前置代号滚动轴承的代号－前置代号无外圈或无内圈的圆柱滚子轴承RN型和RNU型滚动轴承的代号－后置代号1滚动轴承的代号－后置代号2KNRZ凡轴承的保持架采用表1-10规定的结构和材料时，不编制保持架材料改变的后置代号。滚动轴承的代号－后置代号3a.保持架材料F—钢，球墨铸铁或粉墨冶金实体保持架，用附加数字表示不同的材料。F1—碳钢F2—石墨钢F3—球墨铸铁F4—粉末冶金Q—青铜实体保持架，用附加数字表示不同的材料。Q1—铝铁锰青铜Q2—硅铁锌青铜Q3—硅镍青铜Q4—铝青铜M—黄铜实体保持架L—轻合金实体保持架，用附加数字表示不同的材料。L1-LY11CZL2-LY12CZT—酚醛层压布管实体保持架TH—玻璃纤维增强酚醛树脂保持架（筐型）。TN—工程塑料模注保持架，用附加数字表示不同的材料。TN1—尼龙TN2—聚砜TN3—聚酰亚胺TN4—聚酰酸酯TN5—聚甲醛J—钢板冲压保持架，材料有变化时附加数字区别。Y—铜板冲压保持架，材料有变化时附加数字区别；SZ—保持架由弹簧丝或弹簧制造。b.保持架结构型式及表面处理H—自锁兜也保持架W—焊接保持架R—铆接保持架（用于大型轴承）E—磷化处理保持架D—碳氮共渗保持架D1—渗碳保持架D2—渗氮保持架C—有镀层的保持架(C1—镀银）A—外圈引导B—内圈引导P—由内圈或外圈引导的拉孔或冲孔的窗形保持架S—引导而有润滑槽注：本条的代号只能与“a结合使用例：MPS-有拉孔或冲孔（窗孔保持架）的黄铜实体保持架,外圈或内圈引导,引导面有润滑油槽。JA—钢板冲压保持架，外圈引导。FE—经磷化处理的钢制实体保持架。C，V—满装滚动体（无保持架）例：6208V——满装球深沟球轴承。滚动轴承的代号－后置代号4滚动轴承的代号－后置代号5最高滚动轴承的代号－后置代号6大滚动轴承的代号－后置代号7滚动轴承的代号－后置代号7滚动轴承的代号－后置代号8第三节滚动摩擦支承例：说明轴承代号6024的含义6024公差等级为0级内径尺寸d＝24×5＝120mm尺寸系列(1)0（宽度系列1，直径系列0）深沟球轴承第三节滚动摩擦支承例：说明轴承代号7210AC/P5的含义7210AC/P5公差等级为5级公称接触角＝25°内径尺寸d＝10×5＝50mm尺寸系列(0)2（宽度系列0，直径系列2）角接触球轴承第三节滚动摩擦支承例：说明轴承代号NU2208/P6的含义NU2208/P6公差等级为6级内径尺寸d＝08×5＝40mm尺寸系列22（宽度系列2，直径系列2）内圈无挡边圆柱滚子轴承第三节滚动摩擦支承例：说明轴承代号62/22/P4的含义62/22/P4公差等级为4级内径尺寸d＝22mm尺寸系列(0)2（宽度系列0，直径系列2）深沟球轴承第三节滚动摩擦支承滚动轴承的载荷分布受载最大的滚动体的载荷（点接触轴承）04.735rrFFFZZ刘泽九、贺士荃著，《滚动轴承的额定载荷与寿命》（北京：机械工业出版社，1982）万长森编著《滚动轴承的分析方法》（北京：机械工业出版社，1987）滚动轴承的工作情况分析1.运动关系：内外圈相对回转；滚动体既自转又公转。2.轴承中载荷的分布：推力轴承F0=Fa/z向心轴承，在载荷Fr的作用下,根据变形关系，中间滚动体受力最大，向两边逐渐减小。)39(/6.4)29(/5:maxmaxzFFzFFrr滚子：球：假设下半圈滚动体受力Fa角接触轴承的载荷情况：轴向载荷对载荷分布的影响较大，可能半圈、多半圈或整圈受载。为保证半圈滚动体受力，则：球轴承Fa/Fr1.22tg滚子轴承Fa/Fr1.26tgFa/Fr=tg轴承元件上的载荷及应力的变化内圈（滚动体）固定套圈第三节滚动摩擦支承滚动轴承的失效形式疲劳点蚀－脉动循环应力塑性变形磨损滚动轴承的失效形式及设计准则失效形式设计准则1.点蚀寿命计算2.塑性变形静载荷计算元件破裂正确安装～其它：磨损、烧伤密封；润滑、散热，限制极限转速第三节滚动摩擦支承滚动轴承的计算准则正常工作条件下的回转滚动轴承，主要是疲劳点蚀破坏，应进行接触疲劳寿命计算，当载荷变化较大或有较大冲击载荷时，还应作静强度计算；对于摆动或转速较低的轴承，主要防止塑性变形，只需作静强度计算；高速轴承为防止发生粘着磨损、烧伤，除进行寿命计算外，还需核验极限转速。第三节滚动摩擦支承滚动轴承的寿命计算轴承的寿命基本额定寿命－轴承的寿命指标L10(r)、L10h(h)基本额定动载荷C(Cr、Ca)-106r当量动载荷计算附加轴向载荷轴承寿命计算计算公式1.基本额定寿命：一批相同的轴承中90％的轴承不发生疲劳点蚀前的总转数（以106为单位）或小时数。基本额额定寿命用L10或L10h来表示。2.滚动轴承的基本额定动载荷标准规定，基本额定寿命等于106转时轴承所能承受的载荷称为基本额定动载荷，用符号C表示。对于向心轴承，基本额定动载荷指纯径向载荷，对角接触球轴承或圆锥滚子轴承，指使套圈间产生相对径向位移的载荷的径向分量，称为径向基本额定动载荷用符号Cr表示；对推力轴承，指纯轴向载荷，称为轴向基本额定动载荷，用符号Ca表示。Cr、Ca可从手册中查出。第三节滚动摩擦支承滚动轴承的静强度计算基本额定静载荷C0（C0r、C0a）当量静载荷取两式中大值静强度条件0000rrarrPXFYFPF0000jCSPC第三节滚动摩擦支承滚动轴承的极限转速正常条件－设计手册查取条件改变－修正[n]=f1f2nlim（图11-17、11-18查取系数）采取改进措施提高极限转速第三节滚动摩擦支承滚动轴承的组合结构设计解决：①轴系支点的轴向固定；②滚动轴承组合结构的调整；③轴承与相关零件的配合；④提高轴系的支承刚度。轴承的轴向固定轴承的配合轴承游隙调整轴承预紧第三节滚动摩擦支承滚动轴承的润滑润滑目的－降低摩擦阻力，减轻磨损，降低接触应力，吸振降噪，防锈散热。脂润滑－相应结构简单，易维护保养，不易渗漏，具密封作用；内摩擦力大。油润滑－摩擦阻力小，散热好，具清洗作用；易渗漏，密封装置复杂，需供油设备。固体润滑剂－（常用二硫化钼）润滑脂的添加剂、粘贴形成固体润滑膜、自润滑轴承等。第三节滚动摩擦支承滚动轴承的密封目的：防尘、防水、防止润滑剂的流失常用密封结构型式：•接触式密封常见型式密封件与轴接触，二者间有摩擦和磨损，低速使用。•非接触式密封常见型式利用间隙进行密封，转动件与固定件不接触，允许轴高速。例：某单级齿轮减速器输入轴由一对深沟球轴承支承。已知齿轮上各力为：切向力Ft＝3000N，径向力Fr＝1200N，轴向力Fa＝650N，如图所示。齿轮分度圆直径d＝40mm。设齿轮中点至两支点距离l＝50mm，轴与电机直接相连，n＝960r/min，载荷平稳，常温工作，轴颈直径为30mm。要求轴承寿命不低于9000h，试选择轴承型号。例11－1第三节滚动摩擦支承第三节滚动摩擦支承例：某安装有斜齿轮的转轴由一对代号为7210AC的轴承支承。已知两轴承所受径向载荷分别为Fr1＝2600N，Fr2＝600N，安装方式如图所示，齿轮上的轴向载荷Fa＝1200N，载荷平稳。求两轴承的当量动载荷。FaFr1Fr212第三节滚动摩擦支承二、其它类型的滚动摩擦支承填入式滚珠支承结构形式密珠支承结构形式第四节弹性摩擦支承特点：只有弹性摩擦，摩擦力矩极小。形式：悬簧式十字形片簧式张丝式吊丝式第五节流体摩擦支承流体摩擦支承－运动件和承导件间有流体膜流体摩擦分类一（按流体膜形成方法）动压支承静压支承分类二（按支