轴

第八章轴系8.1轴一、轴的用途与分类1、功用：1）支承回转零件（齿轮、带轮）；2）传递运动和动力2、分类：按承载情况分：转轴——既承受扭矩（转矩）又承受弯矩，是最常用的一种轴心轴——只受弯矩，不承受转矩；起支承作用传动轴——主要受扭矩（转矩），不承受弯矩或承受很小弯矩，仅起传递动力的作用按轴线形状分：直轴阶梯轴光轴曲轴：空心轴和钢丝软轴二、轴的材料及其选择碳素钢——常用45#，正火调质合金钢——对应力集中较敏感。注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。常见几种轴的材料及其力学性能见P176表8-2三、轴设计的主要内容结构设计工作能力计算球墨铸铁——价廉、强度高、耐磨、吸振、应力集中敏感低。可靠性差§8—2轴的结构设计要求：①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置②轴上零件装拆、调整方便③轴应具有良好的制造工艺性等④尽量避免应力集中轴的结构设计：轴的结构设计就是要定出轴的合理外形和全部结构尺寸包括：各轴段长度、直径及其他细小尺寸的设计一、拟定轴上零件的装配方案原则：1）轴的结构越简单越合理2）装配越简单、方便越合理二、轴上零件的定位轴上零件的装配方案是轴结构设计的前提，它决定着轴上的基本结构形式轴上零件有两个自由度，一个是轴向移动，一个是周向转动。在轴的转动过程中，必须消除这两个自由度。1、零件的周向定位轴上零件的周向固定的目的是限制轴上零件相对于轴的转动。2、零件的周向定位1）键2）花键3）紧定螺钉、销4）过盈配合2、零件的轴向定位1）轴肩和轴环目的：为了防止轴上零件的轴向移动。要求轴肩高度滚动轴承内圈高度，便于拆卸轴承。2）套筒多用于轴上两处零件距离不大，或不便加工出轴肩的地方。3）轴用圆螺母4）轴端挡圈5）轴承端盖轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置。6）弹性挡圈7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销①②③④IIIIIIIIIIII12①②③④IIIIIIIIIIII12§8—3提高轴的疲劳强度的措施一、改进轴的结构，减少应力集中轴的工艺和轴上零件的布置，对轴的疲劳强度有很大的影响二、合理布置轴上零件以减少轴的载荷三、改进轴上零件的结构，减小轴的载荷四、选择受力方式以减小轴的载荷，改善轴的强度和刚度五、改进表面质量提高轴的疲劳强度1.降低轴的表面粗糙度，增大轴的表面状态系数。2.对轴进行表面强化处理。8.2轴承轴承的功用支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度减少转轴与支承之间的摩擦和磨损轴承的分类滚动轴承滑动轴承优点多，应用广用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用滑动轴承一.滑动轴承vvv按表面润滑情况，摩擦可分为以下几种状态1、干摩擦固体表面直接接触功耗↑磨损↑温度↑烧毁轴瓦滑动轴承中不允许出现干摩擦2、边界摩擦表面间有润滑油存在，但不足以将两金属表面完全分开，其表面微观高峰部分仍将相互搓削比干摩擦的磨损轻3、液体摩擦有充足的润滑油将两金属表面隔开，彼此不直接接触摩擦系数小滑动摩擦的优缺点：优点:（1）结构简单，制造、拆装方便；（2）具有良好的耐冲击性与吸振性，运转平稳，旋转精度高；（3）使用寿命长缺点:（1）维护复杂，对润滑条件要求高；（2）具边界润滑轴承，摩擦损耗大；3.滑动轴承的结构（1）径向滑动轴承：（整体式、剖分式）一、整体式径向滑动轴承特点：1）结构简单、成本低2）轴套磨损后，间隙无法调整3）装拆不便（只能从轴端装拆）适于低速、轻载或间隙工作的机器。如图，由轴承座、整体轴套、油孔等组成剖分式向心滑动轴承榫口螺纹孔轴承座轴承盖联接螺栓二、剖分式径向滑动轴承三、滑动轴承的材料主要失效形式：磨损和胶合、疲劳破坏1、对轴承材料的要求2、常用材料金属材料：1）铸铁2）轴承合金3）铜合金4）铝基合金5）多孔质金属材料（粉末冶金）非金属材料——塑料、橡胶四、轴瓦结构（与轴颈相对滑动构成滑动摩擦副）1、轴瓦的形式与结构剖分式轴瓦2、油孔、油槽和油室整体式轴瓦油孔、油槽开设原则：1、润滑油应从油膜压力最小处输入轴承2、油槽（沟）开在非承载区，否则会降低油膜的承载能力3、油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失薄壁轴瓦进油孔油沟二、推力动轴承用来承受轴向载荷在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为6~12。结构特点倾角固定，顶部预留平台，类型固定式可倾式倾角随载荷、转速自行调整，性能好FF巴氏合金绕此边线自行倾斜设计：潘存云F润滑剂和润滑装置一、润滑剂润滑的目的降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等润滑剂的分类液体润滑剂半固体润滑剂固体润滑剂润滑油润滑脂在润滑性能上润滑油比润滑脂好，应用最广；润滑脂具有不易流失等优点，也常用1、润滑油润滑油的最重要的性能指标，也是选择润滑油的主要依据粘度润滑油的特性1）温度T↑η↓但P10Mpa时可忽略η↑2）压力P↑选用原则1)载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；2)载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；2、润滑脂润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成密封简单、不需要经常添加、不易流失；对速度和温度不敏感，适用范围广优点摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合缺点目前使用最多的是钙基脂，有耐水性，常用于60℃以下的各种机械设备的轴承3、固体润滑剂用于润滑油不能胜任工作的场合：高温、低速重载石墨聚氟乙烯树脂二硫化钼MoS28.2.2滚动轴承滚动轴承的组成外圈内圈滚动体保持架支撑轴支撑零件或轴系滑动滚动将滚动体分开保持架外圈内圈滚动体滚动体的形状硬度和接触疲劳强度高，需要良好的耐磨性和耐冲击能力。含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：61-65HRC。工作表面需经磨削或抛光。滚动轴承的材料滚动轴承的优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、易于互换等。滚动轴承的缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音滚动轴承已经标准化，并由轴承厂大量生产，设计人员的主要任务是熟悉标准、正确选用滚动轴承通常按其承受载荷的方向（或接触角）和滚动体的形状分类。公称接触角接触角:滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角接触角α↑轴向承载能力↑α=0˚0˚α45˚αα=90˚α45˚α90˚α各类轴承的公称接触角轴承类型向心轴承推力轴承径向接触角接触角接触轴向接触轴承类型按载荷方向分按滚动体形状分向心轴承推力轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚针球轴承滚子轴承分类：表8-2滚动轴承的主要类型和特性轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用调心球轴承10000中2˚~3˚主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷。因为外滚道表面是以轴承中点为中心的球面，故能调心。调心滚子轴承20000C低0.5˚~2˚能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷。承载能力大，具有调性能。圆锥滚子轴承30000中2’能同时承受较大的径向、轴向联合载荷。因线性接触，承载能力大，内外圈可分离，装拆方便，称对使用。推力球轴承50000低不允许只能承受轴向载荷，且作用线必需与轴线重合。分为单、双向两种。高速时，因滚动体离心力大，球与保持架摩擦发热严重，寿命较低，可用于轴向载荷大、转速不高之处。a)单向轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用表8-2滚动承的主要类型和特性（续）表8-2滚动轴承的主要类型和特性（续）轴承名称、类型及代号结构简图承载方向极限转速允许角偏差主要特性和应用推力圆柱滚子轴承80000低不允许能承受很大的单向轴向载荷。圆柱滚子轴承N0000较高2’~4’能承受较大的径向。因线性接触，内外圈只允许有小的相对偏转。除U结构外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边(NF)、内圈单挡边(NJ)等型式滚针轴承a)NA0000b)RNA0000低只能承受径向载荷。承载能力大，径向尺寸特小。一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限转速低3.滚动轴承的代号宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号共5位后置代号滚动轴承代号的排列顺序（）类型代号尺寸系列代号注：代表字母；代表数字或加成套轴承分部件代号01、前置代号——成套轴承分部件代号；2、基本代号——表示轴承的基本类型、结构和尺寸；类型代号—左起第5位，为0（双列角接触球轴承）则省略000300400200尺寸系列代号——左起第3、4位特轻轻中重内径代号——基本代号左起第1、2位表8-5轴承的内径代号内径代号轴承内径尺寸mm001001020304~99数字5121517后置代号——用字母（或加数字）表示内部结构表8-6轴承后置代号排列顺序后置代号组含义1密封与防尘套圈变形238保持架及材料游隙轴承材料公差等级配置其它7456实例：说明滚动轴承62203和7312AC/P6的含义62203轴承内径d=17mm直径系列代号，2(轻)系列宽度系列代号，2(宽)系列深沟球轴承7(0)312AC/P6公称接触角α=25˚轴承内径d=12×5=60mm直径系列代号，3(中)系列宽度系列代号，0(窄)系列，代号为0不标出角接触球轴承4、滚动轴承类型的选择工作载荷、转速、支承刚性、安装精度等2）转速n高，载荷小，旋转精度高→球轴承n低，载荷大，或冲击载荷→滚子轴承1）载荷主要受Fr→向心轴承主要受Fa，n不高时→推力轴承大载荷→滚子轴承载荷平稳→球轴承冲击振动载荷→滚子轴承3）轴的弯曲变形，轴承孔不同心——调心轴承4）便于装拆和间隙调整——内、外圈不分离的轴承5）要求轴的刚度大时——优先选用滚子轴承6）经济性——满足使用前提下选用低廉的轴承5.滚动轴承失效形式疲劳破坏永久变形早期磨损胶合内外圈和保持架破裂维护保养不当而造成工作过程中，滚动体相对内外圈不断转动，因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力，产生疲劳点蚀。当轴承转速很低或间歇摆动时，不会产生疲劳损坏。但很大的静载荷或冲击载荷作用下，会使滚道和滚动体产生永久变形，从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效主要失效形式：1）疲劳点蚀安装润滑和维护良好2）塑性变形转速很低或作间歇摆动3）磨损润滑不良、密封不严、多尘条件轴承寿命：定义：单个滚动轴承的任一滚动体或滚道首次出现疲劳点蚀前所经历的总转速称为轴承寿命可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比.基本额定寿命：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，10%的轴承发生点蚀，其余的90%的轴承没发生点蚀的寿命。L10(Lh)。2051015501000R破坏率(%)轴承的寿命曲线基本额定动载荷C：基本额定寿命恰好为106r时，轴承所能承受的载荷称为基本额定动载荷。它表征了滚动轴承的承载能力。当一套轴承运转达到一百万转时，轴承所能承受的载荷C。向心轴承记为：Cr推力轴承记为：Ca大量试验得如下关系PCnLh60106P—当量动载荷寿命指数：—球轴承—滚子轴承310/3ε=用小时表示C—查机械手册）（rPCL6107、当量动载荷的计算滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的。对于向心轴承是指轴承承受纯径向载荷；对于推力轴承是指承受中心轴向载荷。实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷，则必须将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后，才能和基本额定动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定载荷，称为当量载荷。含义：当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重影响，经换算后的假想载荷。其效果与某一个基本额定动载荷相当。计算公式：P=XFr+YFaX——径向动载荷系数；Y——轴向动载荷系数向心轴承：P=Fr推力轴承：P=FaX、Y见p190表8-78、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa的计算1）派生轴向力大小方向a)正装（面对面）S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R2FrFaS1S2FaFr21S1S2FaR1R2S112FaS2S2S1R1R