精密仪器设计与制造第十章 支承与导轨

NortheasternUniversity1第十章支承与导轨主要内容：10.1概述10.2圆柱支承10.3顶针支承10.4滚动支承NortheasternUniversity210.1概述第十章支承与导轨1.功用：支承：保持构件相对转动的零件（部件）。例如：圆柱支承保持构件1（轴）相对于构件2（轴承）的转动。导轨：保持构件相对移动的零件（部件）。NortheasternUniversity310.1概述第十章支承与导轨2.支承类型（按摩擦性质分）滑动摩擦支承：与滑动摩擦系数有关；滚动摩擦支承：与滚动摩擦系数有关；弹性摩擦支承：与材料的内摩擦有关；流体摩擦支承：电磁支承：NortheasternUniversity4弹性支承弹性支承气体静压支承10.1概述第十章支承与导轨NortheasternUniversity510.2圆柱支承第十章支承与导轨1.组成主要有轴颈、轴承组成。2.类型径向支承（向心力圆柱支承）轴向支承（止推支承）球面推力支承NortheasternUniversity63.向心力圆柱支承主要有轴颈、轴承（又叫轴套、轴瓦）组成。10.2圆柱支承第十章支承与导轨构成特点：轴颈：(a)应力集中大（突变断面），易折断。（b）应力集中小（圆滑过渡），不易折断（c）装配式轴颈，两种不同的材料在一起，应力集中小，当直径小于0.5mm时或要求轴颈材料性能好，而其他部分要求一般时，采用此结构。（1）轴颈的结构NortheasternUniversity71）轴承结构：(a)在支承件上直接开孔；图a（b）镶嵌轴承衬套；图b、c（c）宝石支承。图d、e、f（2）轴承的结构整体式的圆柱面支承结构10.2圆柱支承2）特点：制造简单，但磨损后间隙无法调整，影响轴的旋转精度和正常工作只适应于间歇工作，低速和轻载的场合NortheasternUniversity8剖分式的圆柱面支承结构支承座1支承座2螺栓3轴瓦4、510.2圆柱支承NortheasternUniversity910.2圆柱支承第十章支承与导轨摩擦力矩的计算：（a）径向圆柱支承的摩擦摩擦力矩Tm：仪器中主要的质量指标。与机器中的作用不同在机器中，Tm发热，消耗功率；在仪表中，Tm还影响精度。d2d1rQRFNBn=0n0QQTnNortheasternUniversity1010.2圆柱支承第十章支承与导轨假定有间隙，因为有相对转动，必有间隙，加工不可能完全准确成为一个圆柱面，故为点接触。N----轴承的支力Q-----轴颈的径向负荷当n=0时（静止），Q=N当n0时，轴向右方移动，并静止在图示位置，有Q=R22mddTFfN2222221112mNFRFNfRQNffdfTQf又d2d1rQRFNBn=0n0QQTn图中NNortheasternUniversity1110.2圆柱支承第十章支承与导轨对仪表有直接影响的Tm：控制dz，使Tm=[Tm][]22[]mmdQfTTdQf即[Tm]——轴承允许最大摩擦力矩，根据仪表的精度要求确定。NortheasternUniversity12（b）轴向圆柱支承的摩擦PrdrDPDd作成止推圆环的原因：止推支承的磨损是不均匀的。其中心处的线速度为零，不产生磨损，而边缘处的线速度最大，磨损最严重，故作成环形。NortheasternUniversity1310.2圆柱支承第十章支承与导轨（c）球面推力支承由于仪表受力小，为了减少止推轴承的摩擦，采用球面推力支承，其摩擦力矩为：例题10-1P225NortheasternUniversity1410.3顶针支承1.组成带有圆锥轴颈的顶针，圆锥角60；具有沉头圆柱孔的支承，圆锥角90.2.特点接触面小，支承轴线相对于轴颈有倾斜，运动件仍能正常工作；压强大，润滑差，磨损快；摩擦力矩小；适用于低速、轻载的场合；轴向可调、径向可调。NortheasternUniversity15摩擦力矩mT:径向力水平：12cosmQfdT轴向力垂直：22sinmpfdT两力联合作用，有12mmmTTTQNdα10.3顶针支承3.材料轴颈材料：T10，T12碳素工具钢，淬硬到50~60HRC；支承材料：锡青铜、黄铜、人造宝石。NortheasternUniversity1610.4滚动支承第十章支承与导轨1.滚动摩擦的概念滚动摩擦：两个相接触的物体做纯滚动时产生的阻力。滚动摩擦比滑动摩擦小的多，故用滚动支承代替滑动支承成为减少机械中摩擦的重要途径。2.分类（1）摆刀式：刀刃支承图10-29（2）滚动轴承：非标准的图10-30标准的标准的轴承是由专业工厂按照国家标准制造的，只要按要求选择即可，不需要自己设计。NortheasternUniversity173.标准轴承组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。10.4滚动支承第十章支承与导轨外圈：支撑零件或轴系；保持架:将滚动体分开。内圈：支撑轴；滚动体：滑动滚动；NortheasternUniversity1810.4滚动支承第十章支承与导轨NortheasternUniversity19类型：按接触角划分=00≤45°45°90°=90°(a)(b)(c)(d)向心轴承径向力向心角接触轴承推力角接触轴承推力轴承径向力（主要）轴向力径向力轴向力（主要）轴向力公称接触角：轴承套圈传递给滚动体的合力公称作用线与垂直于轴承轴心的平面之间夹角。10.4滚动支承第十章支承与导轨NortheasternUniversity20按滚动体的形状划分：10.4滚动支承第十章支承与导轨NortheasternUniversity2110.4滚动支承调心滚子轴承20000C圆锥滚子轴承30000推力球轴承50000a)单向b)双向深沟球轴承60000角接触球轴承70000推力圆柱滚子轴承80000圆柱滚子轴承N0000滚针轴承a)NA0000b)RNA0000调心球轴承10000NortheasternUniversity22滚动轴承代号前置代号（字母）基本代号（数字、字母）后置代号(字母+数字)五四三二一∣轴承分部件代号∣内径代号∣宽度系列代号∣直径系列代号∣类型代号∣公差等级代号∣特殊轴承材料代号∣保持架及材料代号∣密封与防尘代号∣内部结构代号∣游隙代号NortheasternUniversity23基本代号（1）轴承类型潘存云教授研制6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2调心滚子轴承8推力滚子轴承1调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型滚动轴承主要类型代号表NortheasternUniversity24省略宽度代号为0内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的比较。000设计：潘存云300设计：潘存云400200尺寸系列代号----左起第二、三位。特轻轻中重宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号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NortheasternUniversity25向心轴承和推力轴承的常用尺寸系列代号直径系列代号推力轴承向心轴承01(0)0(0)1101120211011234特轻轻中重(0)2(0)3(0)41213222324121314222324(0)1212窄正常宽正常尺寸系列代号宽度系列代号高度系列代号NortheasternUniversity26内径代号----基本代号左起第四、五位。表13-5轴承的内径代号内径代号轴承内径尺寸mm001001020304~99数字5121517宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号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NortheasternUniversity273.后置代号----用字母（或加数字）表示。内部结构表13-6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宽(高)度系列代号直径系列代号前置代号基本代号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NortheasternUniversity28•6204内径代号，d=4*5mm=20mm尺寸系列代号，宽度系列代号为0(省略)，直径系列代号为2类型代号，6——深沟球轴承NortheasternUniversity29滚动轴承的失效形式疲劳点蚀主要有三种：塑性变形磨损Fr径向载荷的分布Fmaxδ0潘存云教授研制受力分析：如果受轴向载荷，各滚动体平均分担。如果受径向载荷Fr，则有：上半圈滚动体不受力下半圈滚动体受力疲劳点蚀滚动体的应力变化情况潘存云教授研制滚动体、动圈上确定点的应力变化σH应力角度o固定圈上确定点的应力变化σH应力角度o有载荷无载荷一只滚动体的应力分布滚动体上一点的应力分布NortheasternUniversity30疲劳点蚀：在选择、安装和维护正常的条件下，试验研究发现：绝大多数的轴承失效形式为疲劳点蚀。即在滚道或滚动体表面上出现一些小坑、裂纹、剥落。引起原因：滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力。危害：轴承运动时震动剧烈，噪音增大，摩擦显著增大以及旋转精度低。塑性变形：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。NortheasternUniversity31滚动轴承的寿命计算寿命：轴承中任一元件首次出现疲劳点蚀前轴承所经历的总转数，或恒定转速下的总工作小时数基本额定寿命：一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90%的轴承不出现疲劳点蚀时的总转数或在给定转速下工作的小时数，用L10或L10(h)表示。NortheasternUniversity3210.4滚动支承第十章支承与导轨基本额定动负荷：一批同型号的轴承基本额定寿命为106转次时轴承所承受的负荷，用C表示。对深沟球轴承以Cr表示，对推力轴承Ca。根据滚动轴承疲劳实验可以得出如下的曲线：CP1P2O1L1L2L10(10r)6P(N)PL10=常数载荷与寿命的关系constLP10=3球轴承=10/3滚子轴承——寿命指数110CLP)(10PCL)(60106PCnLh代入一组数据求解当L10=1时（106r）P=C或NortheasternUniversity33当量动载荷的计算含义：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=FaNortheasternUniversity34轴承的选择计算已知轴承，验算P或L——验算问题；已知工作条件，选择轴承——选择问题。重点在选择问题的解决。解决过程如下：（1）类型选择主要考虑的因素：轴承所占空间位置（安装尺寸）径向位置受限制选特轻或超轻系列；轴向位置受限制选窄或特窄系列；荷大小、方向和性质负荷大滚子轴承；负荷小球轴承纯径向负荷深沟球轴承纯轴向负荷推力球轴承径向负荷、轴向负荷同时向心角接触球轴承；深沟球轴承和推力球轴承联合调心性能要求能自动调心时，（轴与轴承孔座的中心线不易重合而有角度误差时），可选用调心球轴承NortheasternUniversity35旋转精度一般选用G级精度，要求严格时，选用高精度的轴承。摩擦力矩Tm较小，且运动灵活的场合，常选用深沟球轴承。特殊要求（2）规格选择（验算）依据基本公式610()60CLnP，确定出C式中:（a）寿命L可按表10-11选择；（b）——根据