武汉理工大学机械设计ppt课件第13、14章.ppt

,第十三章 滑动轴承设计,第十三章 滑动轴承,13-1 滑动轴承的类型,1、按工作表面摩擦状态分,（1）液体摩擦滑动轴承 工作时，轴颈和轴承工作表面被一层润滑油膜隔开。由于 两零件工作表面没有直接接触，轴承的阻力只是润滑油分 子间的内摩擦力，所以摩擦系数小（0.0010.008），寿命长，效率高，但是制造精度要求也高，并需在一定条 件下才能实现液体摩擦。,（2）非液体摩擦滑动轴承 工作时，轴颈和轴承工作表面间虽有润滑油存在，但从微 观上看，工作表面局部凸起部分仍发生金属的直接接触，因此，工作条件要求不高，故在机械中应用仍然较广泛。,滑动轴承实例,液体摩擦实例一：1976年，广洲渔轮厂拆修渔轮上的柴油机，发现主轴上的轴承(巴氏合金)在加工时刮刀留下的刀痕还仍然存在。该柴油机已使用了l0多年，未更换过主轴承，这说明轴承已形成液体摩擦，否则会磨损，就看不到刀痕了。,液体摩擦实例二：原“东方红”轮现为“江峡轮”的齿轮减速器，在1975年检查时，发现齿面上在滚齿时滚刀留下的刀痕还存在。该减速器已使用了几十年，采用喷油润滑，这说明齿轮间也形成了液体摩擦，大大降低了磨损。,液体摩擦实例三：电风扇上叶片轮轴与机架采用的是滑动轴承，质量好时无噪声。用滚动轴承时噪声和发热都较严重。,2、按承受的载荷方向分（1）径向滑动轴承主要承受径向载荷FR（2）止推滑动轴承主要承受轴向载荷FA,滑动轴承的类型,13-2 滑动轴承的结构型式,一、径向滑动轴承,1、整体式该结构由轴承座和轴套（套筒式轴瓦）组成。轴承座用螺栓与机座联接，顶部设有装油杯的螺纹孔。轴套上开有油孔，并在内表面开油沟以输送润滑油。这种轴承结构简单，但当工作表面磨损后，间隙无法调整，轴颈只能从端部装入。多用于低速、轻载和间歇工作场合，如绞车、手动起重机等。,滑动轴承的结构型式,2、剖分式该结构由轴承盖、轴承座、剖分瓦和双头螺柱组成。轴承盖和轴承座剖分面常做成阶梯形，以便定位和防止工作时错动。安装时上下瓦分面间放有垫片，当轴瓦工作面磨损后，可抽去一些垫片，以此来调整轴承的间隙。这种结构可调整间隙，且轴承盖可打开安装轴，便于装拆维修，但结构复杂，价格较贵。,3、自位式（自动调心式）当轴颈较长（宽径比B/d1.51.75），轴的刚度小，或由于两轴承不是安装在同一刚性机架上，同心度较难保证时，都会造成轴瓦端部的局部接触，使轴瓦局部磨损严重，此时可采用自位式滑动轴承。这种轴承将轴瓦外表面做成凸形，与轴承盖2及轴承座3上的凹形球面相配合。因此，轴瓦可随轴的弯曲或倾斜而自动调心，从而保证轴颈与轴瓦的均匀接触。,二、止推滑动轴承由轴承座、套筒、径向轴瓦、止推轴瓦组成。为了便于对中，止推轴瓦底部制成球面形状，并用销钉来防止它随轴颈转动。润滑油从底部进入，上部流出。这种轴承主要承受轴向载荷，借助于径向轴瓦也可承受部分径向载荷。,滑动轴承的结构型式,13-2 滑动轴承的材料,主要是轴瓦的材料一、材料要求低摩擦系数、耐腐蚀性、抗胶合性、抗压抗疲劳强度、导热性、工艺性,二、材料1）青铜 2）轴承合金 3）其它材料 灰铸铁、粉末冶金,13-4 非液体摩擦滑动轴承,一、主要失效形式1、磨损2、胶合非液体磨擦滑动轴承的工作表面，在工作时有局部的金属接触，会产生不同程度的摩擦和磨损，使配合间隙增大，当间隙超过某一允许值时，机器正常运行受到破坏，噪声增大，旋转精度变低。当轴承在高速、重载且润滑不良时工作，摩擦加剧，发热过多，可能会发生胶合失效。严重时，甚至轴承与轴颈焊死。,非液体摩擦滑动轴承,二、设计计算,条件性计算。一般已知：轴颈直径d(mm)、转速 n(r/min)、和轴承承受的径向载荷FR（N）,设计步骤：（1）根据轴承的工作条件和使用要求，确定轴承及相应的轴瓦的结构型式，并选定轴瓦材料。,（2）确定轴承的宽度B。一般由宽径比B/d及d值确定。B/d 承载 但油不易从两端流出，散热性差。一般取 B/d=0.51.5。,（3）验算轴承的工作能力,1）磨损校核压强p限制压强p是为了保证摩擦表面之间保留一定的润滑剂，（p大，润滑剂易被挤出），避免轴承过度磨损而缩短寿命。,1.径向滑动轴承,4）选择轴承的配合 参考手册转速高，越大。载荷大，越小。,非液体摩擦滑动轴承,2)胶合校核pv值限制pv值是为了防止轴承过热而发生胶合，因pv值大，轴承单位面积上的摩擦功也大。,3)校核v值对于比压小的轴承，即使p和pv值验算合格，如果滑动速度过高，也会发生加速磨损而使轴承报废。,p、pv和v值见表13-1,非液体摩擦滑动轴承,2.止推滑动轴承,止推滑动轴承的计算与径向滑动轴承的相同,1）磨损校核压强p,2)胶合校核pvm值,三、实例分析（见P235）,p和pv 值见表13-3,13-5 滑动轴承的润滑,润滑的目的主要是降低摩擦和减少磨损，提高轴承的效率，同时还可起到冷却、吸振、防锈的作用。,一、润滑剂 润滑油润滑剂 油滑脂 固体润滑剂对难于经常加油，或者低速重载或摆动的轴承宜用润滑脂。选择润滑油时，对转速高、压力小、工作温度较低时，选粘度小的油，反之，选粘度大的油。,二、润滑装置（阅读）,固体润滑剂有石墨和二硫化钼，以粉剂加入润滑油或润滑脂中，用于提高其润滑性能，减少摩擦损失，提高轴承使用寿命。,滴油润滑,油芯式润滑,油环润滑,润滑杯（润滑脂）,飞溅润滑,压力循环润滑,本章英语单词,滑动轴承 sliding bearing整体式轴承 solid bearing剖分式轴承 split bearing 轴瓦 bush 轴承衬 bearing liner青铜 bronze轴承合金（巴氏合金）bearing alloy(Babbitt metals)润滑装置 lubricating device润滑方式 lubricating type润滑油 lubricating oil润滑脂 grease(grease lubricant),本章小结,内容归纳,本章小结,重点学习内容 1.会选用滑动轴承的结构和材料。2.重点掌握非液体摩擦滑动轴承的设计计算。,第十四章 滚动轴承及装置设计,第十四章 滚动轴承,1、常用轴承类型选择2、寿命计算方法3、轴承组合设计方法特点：摩擦阻力小、起动容易、效率高等优点,14-1 滚动轴承的结构、类型和代号,一、基本结构组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。,(各类滚动体),二、主要类型 国家标准有十二类，以滚动体形状、受载性质为主命名,大轴向载荷承受能力大,滚动轴承的结构、类型和代号,滚动轴承的结构、类型和代号,1.双列角接触球轴承 0型外圈厚度不一，接触角045承受径向力和较大轴向力2.调心球轴承 1型主要承受径向力，不大的轴向力，外圈内表面为球面，可调心,3.调心滚子轴承 2型主要承受径向力，一定的双向轴向力，承载能力大，可调心4.推力调心滚子轴承 2型主要承受轴向力，不大的径向力，可调心,滚动轴承的结构、类型和代号,5.圆锥滚子轴承 3型承受较大的联合载荷，安装、调整间隙方便，成对使用,7.推力球轴承 5型只受轴向力，紧圈与轴紧配合，松圈与机架固定,6.双列深沟球轴承 4型主要承受径向力,滚动轴承的结构、类型和代号,8.深沟球轴承 6型最常见的一种，极限转速高，主要承受径向力，不大的轴向力,9.角接触球轴承 7型=15、25 40成对使用,10.推力圆柱滚子轴承 8型只受轴向力，极限转速低，用于低速重载11.圆柱滚子轴承 N型只受径向力，承载能力大，允许角偏移很小12.滚针轴承 NA型径向尺寸小，无保持架，只受径向力,滚动轴承实例,轴承安装实例：我校原港机系设计的5吨轮胎吊，在港机厂制造试车，由于青年工人将一对圆锥滚子轴承装成同向，造成几次试车都使轴承烧掉。他们认为轴承破坏是设计的问题，后来才发现是轴承安装不正确所致。,滚动轴承的结构、类型和代号,1.基本代号,1)类型代号 前述（右起4或5位）,2）内径代号 右起1-2位 d=代号数字5,适用范围20495mm,但00，01，02，03例外，其他为：/内径,3）尺寸系列代号 右起3或3-4位 内径d相同，D和B不同的组合,2.前、后置代号 轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求有改变时在基 本代号左右添加的补充代号。如公差/P0（省略），/P6等，分别表示0级和6级公差,前置代号,基本代号,后置代号,3 32 15 E：圆锥滚子轴承，尺寸系列32，为特宽轻系列，轴承内径d=75mm，加强型，公差等级为0级,7 3 12 C：角接触球轴承，尺寸系列03，为(窄)中系列，轴承内径d=60mm，公称接触角=15o，公差等级为0级。,5 24 12/P6：双向推力球轴承，尺寸系列24，为正常高、重系列，轴承内径d=60mm，公差等级为6级。,例：试说明轴承代号6206、33215E、7312C及52412/P6的含义,6 2 06：深沟球轴承，尺寸系列02，为(窄)轻系列，轴承内径d=30mm，公差等级为0级,滚动轴承的结构、类型和代号,14-2 滚动轴承类型的选择（阅读）主要根据载荷性质、大小、转速高低、调心性能、空间位置的要求选择。,轴承选择实例一：1975年我校教师在哈尔滨船厂进行柴油机的组合机床加工生产线设计中，箱体与缸头多头钻设计最头痛的是挑选轴承，由于钻杆之间位置紧张，不能采用一般轴承(3类、6类、7类)，而只能用NA类(滚针轴承)，位置问题解决了，但有时又不能承受大的轴向力，这就要对整个箱体与传动进行全面规划。,轴承选择实例二：湖北省先进小港兰溪港，工人自己制造土吊车，由于轴承两端同心度不高，选用的又不是调心轴承，造成轴承经常破坏，后在轴的中间又加了一轴承，结果还是破坏，不知什么原因，后经我校教师指点，将轴上轴承换成调心轴承，自然解决了问题。,滚动轴承实例,轴承选择实例三：火车的车箱很宽而且受载很大，在二车轴上要两个轴承，由于载荷大，跨距大，因此就采用调心滚子轴承(2类)。现在新设计的齿轮箱(中硬齿面或硬齿面)也采用2类轴承，这样就可以使齿轮在相互啮合过程中，自动调整接触线的位置。,14-3 滚动轴承的主要失效形式和设计准则,一、主要失效形式,1、疲劳点蚀（一般转速）（轴承受变载荷）2、塑性变形（低速、不回转、摆动）3、磨损、胶合 各类失效形式,疲劳点蚀寿命计算 塑性变形静强度计算,二、设计准则,几个名词：,轴承寿命：出现疲劳点蚀前所经历的总转数或在一定转速下所经历的工作小时数。滚动轴承的寿命有很大的离散性，以可靠度衡量轴承寿命。,可靠度：一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分率，称为轴承的可靠度。,14-4 滚动轴承的寿命计算,额定寿命：是指一批相同的轴承，在相同的使用条件下运转，其中90%的轴承不发生疲劳点蚀前所转过的总转数，或在一定转速下运转的总小时数。,基本额定动负荷：轴承受某一载荷，基本额定寿命L=106转，可靠度为90%，此载荷称为基本额定动负荷，用C表示，C值可查手册。,一、滚动轴承寿命计算基本公式轴承寿命与载荷有关，由负荷一寿命曲线（P-L曲线）试验表明：,寿命指数，球轴承=3，滚子轴承=10/3,例 6305，D=62，B=17，C=17.2KN；6205，D=52，B=15，C=10.8KN,滚动轴承的寿命计算,当L=1（106转）基本额定动负荷C,滚动轴承实例,轴承寿命计算实例：轴承寿命计算公式：。如自行车载人(载荷增加一倍)，则其上球轴承寿命仅为单人用的18(即一人用可用8年，而载人仅能用一年)。,滚动轴承的寿命计算,二、滚动轴承的当量动负荷,基本额定动负荷C是在受纯径向载荷或纯轴向载荷下得到的，实际情况下可能同时受径向载荷和轴向载荷，要与基本额定动负荷作比较，通过实验将实际工作载荷转化为当量动负荷P，在当量动负荷作用下，轴承的寿命与实际复合负荷下轴承的寿命相同。,引入系数 X径向动载荷系数 Y轴向动载荷系数 取法 fP动载荷系数,当量动负荷 P=fP(XFR+YFA)FR径向载荷 FA轴向载荷,X、Y的取值见表14-11,滚动轴承的寿命计算,三、角接触球轴承（7类）圆锥滚子轴承（3类）轴向负荷FAi计算。,特点：在只承受径向负荷FR时，由于法向力方向与径向平面成一接触角，会产生内部轴向力FS，计算轴向负荷FAi时须将FS考虑进去。,1、内部轴向力FS的大小及方向,FS的大小：由弹性力学推导的公式计算，见表14-13。FS的方向：总是沿着内圈和滚动体对外圈脱离的方向,2.轴向负荷FAi的计算,这类轴承通常成对安装，有两种安装方式，外圈窄边相对，正安装（重点）外圈宽边相对，反安装,如果轴还受到外部轴向力FA，则每个轴承所受的轴向力FA、FA应考虑FA及FS的影响，最后确定。,思路：轴的力平衡条件（轴、内圈、滚动体一起为分离体）,滚动轴承的寿命计算,（1）FA+FS1 F S2时，轴有向右移动趋势，轴承“压紧”，“放松”。,由力平衡方程，有：,FA+FS1,=FS2+FS,=FA 压紧端；,FS1=FA 放松端,（2）FA+FS1 FS2时，轴有向左移动趋势，,轴承“压紧”，“放松”FA+FS1+FS，=FS2；FA=FS2 放松端；FA=FS2 FA 压紧端,小结：（1）判断全部轴向力（包括FA、FS1、FS2）合力的指向，确定“压紧端”和“放松端”（2）“放松”端轴承轴向力FAi等于其本身内部轴向力。（3）“压紧”端轴承轴向力FAi等于除本身内部轴向力外其它所有 轴向力的代数和。,滚动轴承的寿命计算,14-4 滚动轴承部件的组合设计,一、轴承的轴向固定,1.两端单向固定 L350mm,t700,2.一端双向固定，一端游动 L350mm,二、轴承组合的调整 1.间隙的调整 用调整垫片或调整螺钉 2.轴承的预紧 3.轴承组合位置的调整,三、轴承的配合与装拆 安装过程 1.配合 内圈与轴基孔制 外圈与轴基轴制 2.装拆 压力机 热油,四、滚动轴承的润滑与密封 1.润滑 润滑脂 润滑油 2.密封 接触式 非接触式 组合式,解：,其中=3 C查手册25800N n由题给500r/min,下面求P，P=fP(XFR+YFA)轴承I：FR1=2000N FA1=FA=600N,查表：X=0.56Y=1.9fP=1.2 P1=2712N,轴承：FR2=1500NFA2=0查表：X=1 Y=0fP=1.2 P2=1800N,P1P2 故仅计算轴承I,例14-2 求深沟球轴承的寿命。FR1=2000N，FR2=1500N，FA=600N,FA,解：,例14-3 FR1=1000N，FR2=2000N，FA=800N 圆锥滚子轴承30207,其中=10/3C查手册51500N，n由题意1440r/min,下面求当量动负荷P，P=fP(XFR+YFA)，fP=1.5,1、由于是3类轴承先求FAi,FS1=FR1/2Y=1000/21.6=313N FS2=FR2/2Y=2000/21.6=625N,FS1+FA=313+800=1113 N FS1+FA FS2,轴承I放松、轴承压紧由力的平衡方程 FS1+FA=FS2+FS,FA1=FS1=313 N FA2=FS1+FA=1113 N,2、求当量动载荷P 轴承I P1=fP(XFR1+YFA1)=1500N 轴承 P2=fP(XFR2+YFA2)=3871N P2P1 以轴承作为寿命计算依据,3、求Lh,实际寿命比预期寿命大，轴承合格。,例14-3,本章英语单词,滚动轴承 antifriction bearing调心球轴承 self-aligning ball bearing调心滚子轴承 self-aligning roller bearing推力滚子轴承 trust roller bearing圆锥滚子轴承 tapered roller bearing推力球轴承 trust ball bearing深沟球轴承 deep groove ball bearing角接触球轴承 angular-contact ball bearing圆柱滚子轴承 roller bearing滚针轴承 needle bearing,