軸與軸承20141118

1、內(nèi)容：內(nèi)容：軸的功用軸的功用軸的常用材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度設(shè)計軸的常用材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度設(shè)計支承回轉(zhuǎn)零件支承回轉(zhuǎn)零件傳遞運動和動力傳遞運動和動力第第 十十 章章 軸和軸承軸和軸承1.1.按軸線的形狀分按軸線的形狀分一、分類一、分類撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸第一節(jié)第一節(jié) 軸的分類軸的分類直軸直軸曲軸曲軸軸頸軸頸與軸承配合的軸段與軸承配合的軸段軸肩軸肩 支承傳動零件、聯(lián)軸器支承傳動零件、聯(lián)軸器等，并與這些零件保持一定等，并與這些零件保持一定的配合的軸段的配合的軸段軸身軸身聯(lián)接軸頭與軸徑的軸段聯(lián)接軸頭與軸徑的軸段軸頭軸頭按軸段所起的作用不同，階梯軸的軸段可分為三類：按軸段所起的作用不同，階梯軸的軸段可分為

2、三類：軸環(huán)軸環(huán)定位軸肩定位軸肩自由軸肩自由軸肩轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)動心軸固定心軸固定心軸2.2.按承載情況分：按承載情況分： 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸扭矩和彎矩扭矩和彎矩 心軸心軸只受彎矩只受彎矩 傳動軸傳動軸主要受扭矩主要受扭矩 1.1.選材料選材料3.3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.4.強度校核強度校核設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：2.2.估算軸徑估算軸徑合理的結(jié)構(gòu)、足夠的強度合理的結(jié)構(gòu)、足夠的強度二、軸的設(shè)計要求和一般設(shè)計步二、軸的設(shè)計要求和一般設(shè)計步驟驟球墨鑄鐵球墨鑄鐵適用于曲軸、凸輪軸等形狀復(fù)雜的軸適用于曲軸、凸輪軸等形狀復(fù)雜的軸碳素鋼碳素鋼常用常用4545，正火調(diào)質(zhì)，正火調(diào)質(zhì)合金鋼合金鋼對應(yīng)力集中較敏感。對應(yīng)力集中較

3、敏感。 三、軸的材料及其選擇三、軸的材料及其選擇最小直徑（根據(jù)材料力學(xué)）最小直徑（根據(jù)材料力學(xué)）C C計算系數(shù)，見表計算系數(shù)，見表10-210-2P P傳遞的功率傳遞的功率n n工作轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)速T T軸傳遞的轉(zhuǎn)矩軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 WtWt軸的抗扭截面系數(shù)軸的抗扭截面系數(shù)許用切應(yīng)力）( 2 . 01055. 9161055. 93636TTTdnPdnPWT3 33 36 62 20 0101055559 9n nP P=C=Cn nP Pd dT T . . . 四、四、 軸的基本直徑的估算軸的基本直徑的估算第二節(jié)第二節(jié) 軸的設(shè)計軸的設(shè)計要求：要求： 軸和軸上零件要有準(zhǔn)確、牢固的工作位置軸和軸上零

4、件要有準(zhǔn)確、牢固的工作位置 軸上零件裝拆、調(diào)整方便軸上零件裝拆、調(diào)整方便 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等 盡量避免應(yīng)力集中盡量避免應(yīng)力集中 一、擬定軸上零件的裝配方案一、擬定軸上零件的裝配方案 原則：原則：1 1）軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理）軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理 2 2）裝配越簡單、方便越合理）裝配越簡單、方便越合理rCa要求：要求：b=1.4aa=(0.070.1)d二、軸上零件的定位二、軸上零件的定位1 1、零件的軸向定位、零件的軸向定位 軸肩和軸環(huán)軸肩和軸環(huán) rRa套筒套筒 a aa aa aa aL = B-(13）mm軸套軸套L LB不宜用于高轉(zhuǎn)速軸不宜用于高轉(zhuǎn)速軸正

5、確正確軸端擋圈軸端擋圈錯誤錯誤1 1可承受較大軸向力可承受較大軸向力軸用圓螺母軸用圓螺母 L = B-(13）mm錯誤錯誤2 2彈性擋圈彈性擋圈對中性好，只用于軸端對中性好，只用于軸端軸向力小軸向力小常用于軸承的固定常用于軸承的固定7 7）鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷）鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷 圓錐面（圓錐面（+ +擋圈、螺母）擋圈、螺母） 2 2、零件的周向定位、零件的周向定位 鍵鍵花鍵花鍵緊定螺釘、銷緊定螺釘、銷 (4)(4)過盈配合過盈配合3.3.多鍵槽開在同一直線上多鍵槽開在同一直線上2.2.越程槽、退刀槽越程槽、退刀槽1.1.軸的直徑變化應(yīng)盡可能少軸的直徑變化應(yīng)盡可能少三、軸的結(jié)構(gòu)工藝性三、

6、軸的結(jié)構(gòu)工藝性7.7.非定位軸肩的高度一般為：非定位軸肩的高度一般為：0.50.53 3mm9.9.固定滾動軸承的軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度固定滾動軸承的軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度8.8.軸端應(yīng)有倒角軸端應(yīng)有倒角6.6.階梯軸直徑常為中間大兩端小階梯軸直徑常為中間大兩端小5.5.配合段直徑取標(biāo)準(zhǔn)值配合段直徑取標(biāo)準(zhǔn)值 4. 4.在可能情況下，應(yīng)使過度圓角、倒角、鍵槽、越在可能情況下，應(yīng)使過度圓角、倒角、鍵槽、越程槽、退刀槽、中心孔等尺寸分別相等，并符合標(biāo)準(zhǔn)。程槽、退刀槽、中心孔等尺寸分別相等，并符合標(biāo)準(zhǔn)。指出圖中軸結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不合理之處，并繪出改進(jìn)后指出圖中軸結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不合理之處，并繪出改進(jìn)后

7、的結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)圖2.2.齒輪右側(cè)未作軸向固定齒輪右側(cè)未作軸向固定1.1.軸兩端均未倒角軸兩端均未倒角7.7.軸端擋圈未直接壓在軸軸端擋圈未直接壓在軸端輪轂上端輪轂上6.6.齒輪與右軸承裝卸不便齒輪與右軸承裝卸不便3.3.齒輪處鍵槽太短齒輪處鍵槽太短4.4.鍵槽應(yīng)開在同一條直線上鍵槽應(yīng)開在同一條直線上5.5.左軸承無法拆卸左軸承無法拆卸軸系結(jié)構(gòu)改錯軸系結(jié)構(gòu)改錯四處錯誤四處錯誤正確答案正確答案三處錯誤三處錯誤兩處錯誤兩處錯誤1.1.左側(cè)鍵太長，套筒無法裝入左側(cè)鍵太長，套筒無法裝入2.2.多個鍵應(yīng)位于同一母線上多個鍵應(yīng)位于同一母線上軸 承1 軸承概述2 滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號3 滾動軸承類型的選

8、擇 4 滾動軸承的工作能力計算5 滾動軸承的組合設(shè)計1 軸承的功用和類型軸承的作用是支承軸。軸在工作時可以是旋轉(zhuǎn)的，也可以是靜止的。1能承擔(dān)一定的載荷，具有一定的強度和剛度。2具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動靈活。3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度。根據(jù)軸承中摩擦的性質(zhì)，可分為滑動軸承和滾動軸承。一、軸承應(yīng)滿足如下基本要求：軸承的分類根據(jù)能承受載荷的方向，可分為向心軸承、推力軸承、向心推力軸承。 (或稱為徑向軸承、止推軸承、徑向止推軸承）。n 一、軸承是用來支承軸的。 滾動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專門的軸承廠成批生產(chǎn)，在使用中只是根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速、工作條件等方面的要求，正確地選擇軸承的類型

9、。滾動軸承滾動軸承2 滾動軸承的組成、類型及特點滾動軸承的組成滾動軸承一般由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4組成。內(nèi)圈裝在軸徑上，與軸一起轉(zhuǎn)動。外圈裝在機座的軸承孔內(nèi)，一般不轉(zhuǎn)動。內(nèi)外圈上設(shè)置有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈之間相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體沿著滾道滾動。保持架使?jié)L動體均勻分布在滾道上，減少滾動體之間的碰撞和磨損。21341234常見的滾動體有六種形狀，一種是球形，五種是滾子。3 滾動軸承的組成、類型及特點組成：內(nèi)圈 外圈 保持架 滾動體內(nèi)圈:裝在軸徑上，與軸一起轉(zhuǎn)動,過盈配合.外圈:裝在機座的軸承孔內(nèi)，一般不轉(zhuǎn)動。1.滾動軸承的類型（1 1）按滾動體的形狀分）按滾動體的形狀分 可分為球軸承和滾子軸承兩

10、大類 球軸承的滾動體是球形，承載能力和承受沖擊能力小 滾子軸承的滾動體形狀有圓柱滾子、圓錐滾子、鼓形滾子和滾針等（2）按滾動體的列數(shù)，滾動軸承又可分為單列、雙列及多列滾動軸承（3）按工作時能否調(diào)心可分為調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承。調(diào)心軸承允許的偏位角大（4）按承受載荷方向不同，可分為向心軸承和推力軸承兩類滾動軸承的特性和類型圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承滾針軸承滾針軸承角接觸球軸承角接觸球軸承滾動軸承的特性和類型1.滾動軸承的幾個基本特性 （1）接觸角 滾動軸承中滾動體與外圈接觸處的法線和垂直于軸承軸心線平面的夾角，稱為接觸角。 越大，軸承承受軸向載荷的能力越大。滾動軸承的接觸角（2）游隙 滾動體與內(nèi)、外

11、圈滾道之間的最大間隙稱為軸承 的游隙。如圖將一套圈固定，另一套圈沿徑向的最大移動量稱為徑向游隙，沿軸向的最大移動量稱為軸向游隙（3）偏位角 軸承內(nèi)、外圈軸線相對傾斜時所夾銳角，稱為偏位角。能自動適應(yīng)偏位角的軸承，稱為調(diào)心軸承 （4）極限速度在一定的載荷和潤滑的條件下，允許的最高轉(zhuǎn)速。3 滾動軸承的代號6 (0) 3 07 滾動軸承的代號（GB/T2721993）軸承的內(nèi)徑為35mm直徑系列為3（中）系列寬度系列為0（窄）不標(biāo)深溝球軸承 滾動軸承的代號代號舉例代號舉例: 30210表示圓錐滾子軸承，寬度系列代號為0，直徑系列代號為2，內(nèi)徑為50mm，公差等級為0級 LN207.P63表示圓柱滾子

12、軸承，外圈可分離，寬度系列代號為0（0在代號中省略），直徑系列代號為2，內(nèi)徑為35mm，公差等級為6級，游隙為3組 載荷條件轉(zhuǎn)速條件裝調(diào)性能調(diào)心性能經(jīng)濟性軸承受載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)選擇軸承類型時應(yīng)注意其允許的極限轉(zhuǎn)速nlim3類和N類的內(nèi)外圈分離，便于拆裝。為方便長軸上軸承的拆裝，可選用代內(nèi)錐孔和緊定套的軸承軸承內(nèi)、外圈軸線間的偏位角應(yīng)控制在極限之內(nèi)，對安裝精度差的軸承，宜選用調(diào)心軸承。在滿足使用條件的情況下優(yōu)先選用價格低廉的軸承。 4 滾動軸承類型的選擇 三、三、 滾動軸承類型的選擇滾動軸承類型的選擇 1.1.軸承的載荷軸承的載荷 大小：滾子軸承優(yōu)于球軸承 2.對軸

13、承的特殊要求- 調(diào)心軸承8162423 6 滾動軸承的組合設(shè)計滾動軸承的軸向固定滾動軸承的軸向固定兩端單向固定一端雙向固定、一端游動一端雙向固定、一端游動 兩端游動式兩端游動式單個軸承的軸向定位與固定單個軸承的軸向定位與固定1.軸承間隙的調(diào)整 為保證軸承正常工作，裝配軸承時一般要留出適當(dāng)?shù)拈g隙或游隙。常用的調(diào)整軸承間隙的方法有 （1）靠增減端蓋與箱體結(jié)合面間墊片的厚度進(jìn)行調(diào)整 （2)利用端蓋上的調(diào)節(jié)螺釘改變可調(diào)壓蓋及軸承外圈的軸向位置來實現(xiàn)調(diào)整，調(diào)整后用螺母鎖緊防松。這種方式適于軸向力不太大的場合10.2 軸承組合的調(diào)整2.軸承組合位置的調(diào)整 軸承組合位置調(diào)整的目的，是使軸上的零件（如齒輪等）

14、處于準(zhǔn)確的軸向工作位置。通常用墊片調(diào)整 為保證支承部分的剛度，軸承座孔壁應(yīng)有足夠的厚度，并設(shè)置加強肋以增強支承剛度。 10.3 支承部位的剛度和同軸度10.4 10.4 滾動軸承的配合滾動軸承的配合滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，一般選用m5 、 m6、n6 、p6軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制。一般選用J7 、 K7、M7 、 H7（1）軸承的安裝冷壓法熱套法（2）軸承的拆卸（2）軸承的拆卸采用專用工具或壓力機拆卸軸承 為方便拆卸，軸上定位軸肩的高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈的高度。10.5 滾動軸承的安裝與拆卸1.軸承的安裝 2.軸承的拆卸10.5 滾動軸承的安裝與拆卸軸承的安裝與拆

15、卸軸承的安裝與拆卸 結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤示例結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤示例 1.滾動軸承的潤滑 滾動軸承潤滑的主要目的是減少摩擦與磨損，同時也有吸振、冷卻、防銹和密封等作用。 常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩種10.6 滾動軸承的潤滑和密封10.6 滾動軸承的潤滑和密封2.滾動軸承的密封 滾動軸承密封的作用是防止外界灰塵、水分等進(jìn)入軸承，并阻止軸承內(nèi)潤滑劑流失。如圖所示，共有6處錯誤。（1）軸肩高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸；（2）鍵過長，無法裝配；（3）軸頭長度太長（輪轂長度過短），輪轂定位不準(zhǔn)確；（4）套筒高度超過軸承內(nèi)圈高度，軸承無法拆卸；（5）軸承處直徑和套筒處直徑一樣，導(dǎo)致裝配和加工難度增加;（6）沒有

16、密封裝置，導(dǎo)致潤滑劑流失。習(xí)題12.4 滾動軸承的工作能力計算 1.滾動軸承的載荷分析 滾動體與旋轉(zhuǎn)套圈受周期性變化的脈動循環(huán)接觸應(yīng)力作用，固定套圈上A點受最大的穩(wěn)定脈動循環(huán)接觸應(yīng)力作用 （1）疲勞點蝕:滾動體和套圈滾道在脈動循環(huán)的接觸應(yīng)力作用下，當(dāng)應(yīng)力值或應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過一定數(shù)值后，接觸表面會出現(xiàn)接觸疲勞點蝕 （2）塑性變形:在過大的靜載荷或沖擊載荷的作用下，套圈滾道或滾動體可能會發(fā)生塑性變形 （3）磨損:在潤滑不良、密封不可靠及多塵的情況下，滾動體或套圈滾道易產(chǎn)生磨粒磨損，高速時會出現(xiàn)熱膠合磨損，軸承過熱還將導(dǎo)致滾動體回火 另外，滾動軸承由于配合、安裝、拆卸及使用維護(hù)不當(dāng)，還會引起軸承元件

17、破裂等其他形式的失效，也應(yīng)采取相應(yīng)的措施加以防止2.失效形式 （1）對于一般轉(zhuǎn)速（nlim n10r.min）的軸承，疲勞點蝕為其主要的失效形式，應(yīng)進(jìn)行壽命計算。 （2）對于低速（n10r.min）重載或大沖擊條件下工作的軸承，其主要失效形式為塑性變形，應(yīng)進(jìn)行靜強度計算。 （3）對于高轉(zhuǎn)速的軸承，除疲勞點蝕外，膠合、磨損也是重要的失效形式，因此除應(yīng)進(jìn)行壽命計算外，還要校驗其極限轉(zhuǎn)速。3.計算準(zhǔn)則1.軸承壽命 在一定載荷作用下，滾動軸承運轉(zhuǎn)到任一滾動體或套圈滾道上出現(xiàn)疲勞點蝕前，兩套圈相對運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)（圈數(shù)）或工作的小時數(shù)，稱為軸承壽命2.基本額定壽命 一批相同的軸承，在同樣的受力、轉(zhuǎn)速等常規(guī)條

18、件下運轉(zhuǎn)，其中有10%的軸承發(fā)生疲勞點蝕破壞（90%的軸承未出現(xiàn)點蝕破壞）時，一個軸承所轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)（圈）數(shù)或工作的小時數(shù)稱為軸承的基本額定壽命。用符號L10 （106 r）或Lh（h）表示3.基本額定動載荷 基本額定動載荷是指基本額定壽命為L10 =106 r時，軸承所能承受的最大載荷，用字母C表示。 基本額定動載荷越大，其承載能力也越大。 12.4.2 基本額定壽命和基本額定動載荷 12.4.3 滾動軸承的壽命計算公式滾動軸承的基本額定壽命（以下簡稱為壽命）與承受的載荷有關(guān) 基本額定壽命基本額定壽命L10 與載荷與載荷P的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 軸承的基本額定動載荷C是在一定的試驗條件下確定的，

19、對向心軸承是指純徑向載荷，對推力軸承是指純軸向載荷。在進(jìn)行壽命計算時，需將作用在軸承上的實際載荷Fr 、Fa 折算成與上述條件相當(dāng)?shù)妮d荷，即當(dāng)量動載荷P。12.4.4 滾動軸承的當(dāng)量動載荷計算1.角接觸軸承的內(nèi)部軸向力 角接觸軸承存在著接觸角，所以載荷作用線偏離軸承的寬度中心線，而與軸心線交于O點。 當(dāng)受到徑向載荷FR 作用時，作用在承載區(qū)內(nèi)第i個滾動體上的法向力Fi 可分解為徑向分力Fri 和軸向分力FSi 。各滾動體上所受軸向分力的總和即為軸承的內(nèi)部軸向力FS 12.4.5 角接觸軸承的軸向載荷 為了使角接觸軸承能正常工作，一般這種軸承都要成對使用，并將兩個軸承對稱安裝。2.角接觸軸承軸向

20、力Fa 的計算為外圈窄邊相對安裝為外圈窄邊相對安裝兩外圈寬邊相對安裝兩外圈寬邊相對安裝12.4.6 滾動軸承的靜強度計算1.基本額定靜載荷C0 軸承兩套圈間相對轉(zhuǎn)速為零，使受最大載荷滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值時的靜載荷，稱為滾動軸承的基本額定靜載荷C0（向心軸承稱為徑向基本額定靜載荷C0r ，推力球軸承稱為軸向基本額定靜載荷C0a ）2.當(dāng)量靜載荷P0 當(dāng)量靜載荷P0是指承受最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，引起與實際載荷條件下相當(dāng)?shù)慕佑|應(yīng)力時的假想靜載荷。 其計算公式為 P0=X0 Fr +Y0 Fa 3.靜強度計算 軸承的靜強度計算式為 C0 S0P0 滑滑 動動 軸軸

21、承承12.1 滑動軸承概述滑動軸承原理及摩擦狀態(tài)滑動軸承原理及摩擦狀態(tài) 工作時軸承和軸頸的支承面間形成直接或間接接觸摩擦的軸承，稱為滑動軸承。 根據(jù)軸承所能承受的載荷方向不同，滑動軸承可分為向心滑動軸承和推力滑動軸承。向心滑動軸承用于承受徑向載荷;推力滑動軸承用于承受軸向載荷12.1.1 滑動軸承的結(jié)構(gòu) 是在機體上、箱體上或整體的軸承座上直接鏜出軸承孔，并在孔內(nèi)鑲?cè)胼S套 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、成本低 缺點:軸頸只能從端部裝入，安裝和維修不便，而且軸承磨損后不能調(diào)整間隙，只能更換軸套1.整體式滑動軸承 在軸承座和軸承蓋的剖分面上制有階梯形的定位止口，便于安裝時對心。還可在剖分面間放置調(diào)整墊片，以便安裝

22、或磨損時調(diào)整軸承間隙。 這種軸承裝拆方便，又能調(diào)整間隙，克服了整體式軸承的缺點，得到了廣泛的應(yīng)用。（2）剖分式滑動軸承（對開式滑動軸承）（3）調(diào)心式滑動軸承 當(dāng)軸頸較寬（寬徑比B.d1.5）、變形較大或不能保證兩軸孔軸線重合時，將引起兩端軸套嚴(yán)重磨損，這時就應(yīng)采用調(diào)心式滑動軸承。 利用球面支承，自動調(diào)整軸套的位置，以適應(yīng)軸的偏斜。（4）推力滑動軸承 推力滑動軸承用于承受軸向載荷。常見的推力軸頸形狀 實心端面止推軸頸由于工作時軸心與邊緣磨損不均勻，以致軸心部分壓強極高，所以很少采用。 空心端面止推軸頸和環(huán)狀軸頸工作情況較好。載荷較大時，可采用多環(huán)軸頸。12.1.2 軸瓦的結(jié)構(gòu)和滑動軸承的材料 常用的軸瓦有整體式和剖分式兩種結(jié)構(gòu)。 整體式軸承采用整體式軸瓦，整體式軸瓦又稱為軸套。 剖分式軸承采用剖分式軸瓦。 1.軸瓦的結(jié)構(gòu) 軸瓦可以由一種材料制成，也可以在高強度材料的軸瓦基體上澆注一層或兩層軸承合金作為軸承襯，稱為雙金屬軸瓦或三金屬軸瓦 為了使軸承襯與軸瓦基體結(jié)合牢固，可在軸瓦基體內(nèi)表面或側(cè)面制出溝槽，軸瓦材料油溝形式（非承載區(qū)）油溝形式（非承載區(qū)） 油孔和油