* * * * * * * * * * 一、失效形式 1、磨损 导致轴承配合间隙加大，影响轴的旋转精度，甚至使轴承不能正常工作。 1、限制轴承的压强 p ： 高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使轴承上较软的金属粘焊在轴颈表面而出现胶合。 二、设计准则 §11-8 非液体摩擦滑动轴承的设计 2、胶合 目的 — 防止轴瓦过度磨损。 B d R — 向心滑动轴承 许用压强查表11-1 平均压强： 2、限制轴承的 pv 值 ： 目的 — 控制轴承的发热量，防止胶合破坏。 pv f － 单位面积上的摩擦功率损失 所以， pv 值表征了轴承发热量的大小。 pv↑ 发热量↑ 温升↑ 润滑效果↓ 胶合 → → → → 将表11-1中的许用值降低50% d2 d1 A z — 推力环数目 k － 考虑油槽使支承面积减小。 推力滑动轴承 许用pv值查表11-1 轴颈表面线速度 摩擦系数 — 向心轴承 n 3、限制滑动速度 v ： 目的 — 防止滑动速度过高而引起磨损 平均直径 dm＝(d1+d2)/2 [pv]=2~4 MPa m/s 许用线速度 三、设计步骤 确定轴承结构形式 确定轴承宽度 B 和直径 d 验算p、pv、v 选择轴承的配合 选择润滑剂与润滑装置 选择轴瓦材料 — 推力轴承 平均速度 §11-9 液体摩擦滑动轴承简介 一、动压油膜的形成机理 v F 两摩擦表面平行，不会产生压力油膜 v p 两摩擦表面成楔形间隙，产生了压力油膜 间隙内的润滑油形成了拥挤 进油口 出油口 二、形成动压油膜的必要条件 ● 两摩擦表面必须形成楔形 ● 润滑油必须从大口进小口出 ● 必须具有足够的滑动速度 ● 必须充满足够粘度的润滑油 三、向心动压滑动轴承的工作过程 n o1 o o1 o o1 o o1 o n n 静止 启动 不稳定运行 稳定运行 R R R R 作业 11-12 11-13 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第十一章 轴承 §11-1 滚动轴承的特点及类型 滚动轴承的主要特点： 滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产。 故学习本章的目的主要解决三个问题： 1、如何选择滚动轴承的类型； 2、滚动轴承的寿命计算； 3、滚动轴承组合设计； ● 摩擦阻尼小，启动灵活； ● 可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构； ● 径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高； ● 互换性好，易于维护。 缺点： ●抗冲击能力较差； ●高速时噪声大，寿命较低； ●径向尺寸大。 滚动轴承的主要类型： 1、按承载方向和公称接触角分为： 滚动体与套圈接触处的法线 与轴承的径向平面之间的 夹角?，称为公称接触角。 向心轴承：0°≤α≤45°，主要承受径向载荷； 径向接触轴承——α＝0 °的向心轴承； 向心角接触轴承—— 0°α≤45°的向心轴承； 推力轴承： 45°α ≤90° ，主要承受轴向载荷； 轴向接触轴承——α＝90°的推力轴承 推力角接触轴承—— 45°α 90°的推力轴承 2、按滚动体的种类可分为：球轴承和滚子轴承 滚动轴承代号： 前置代号 基本代号 后置代号 类型代号 尺寸系列代号 内径代号 用数字或字母表示 1—调心球轴承 3—圆锥滚子轴承 5—推力球轴承 6—深沟球轴承 7—角接触球轴承 N—圆柱滚子轴承 由轴承的宽度系列和直径系列代号 （2位数字）组成。 宽度系列： 直径系列： 0—窄； 0—特轻； 1—正常； 1—特轻； 2—宽； 2—轻； 3、4—特宽； 3—中； 5、6—特宽。 4—重。 内径尺寸 代号 10 00 12 01 15 02 17 03 20~500 d/5 22、28、32及500以上 /内径 后置代号：用于表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求，用字母或数字表示；如：接触角为150、250和400的角接触球轴承，分别用C、AC和B表示内部结构的不同。 又如：轴承的公差等级分别为2级、4级、5级、6x级、6级和0级，共6个级别，依次由高级到低级，其代号分别为：/P2、/P4、/P5、/P6x、/P6和/P0。 §11-2 滚动轴承类型的选择 1、根据载荷的大小及性质 载荷大或冲击大－选滚子轴承（线接触）； 径向、轴向载荷－角接触球轴承(7)或圆锥滚子轴承(3) 轴向载荷不大时，可用深沟球轴承 载荷小或冲击小－选球轴承（点接触） ； 2、根据载荷的方向 纯径向载荷－选深沟球轴承（6）、圆柱滚子轴承（N) 纯轴向载荷－选推力轴承（5 或 8 ） 3、根据转速的高低 转速高－选球轴承； 转速低－选滚子轴承； 4、根据回转精度 精度要求高－选球轴承； 5、根据调心性能 轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承 —— 选调心轴承（ “1” 类 或 “2” 类 ）； §11-3 滚动轴承的主要失效形式和设计准则 一、滚动轴承的载荷分析 各滚动体上的受力情况如何？ A Qi Qj 当轴承仅受到纯轴向力 A 作用时： 载荷由各滚动体平均分担，即： Qi ＝ Qj 当轴承仅受到纯径向力 R 作用时： 接触点产生弹性变形，内圈下沉δ， R δ Q2 Qmax Q1 Q2 Q1 最多只有半圈滚动体受载。 承载区各滚动体的变形量不同，受载大小也不同。 对于点接触轴承： 对于线接触轴承： 滚动体与套圈滚道接触点的接触应力是变应力， 因此： 可看成脉动循环变应力。 全部滚动体个数 滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀。 二、滚动轴承的失效形式 1、疲劳点蚀 —— 最主要的失效形式 防止点蚀破坏，是计算滚动轴承的主要目的。 接触应力过大，元件表面出现较大塑性变形。 2、塑性变形 —— 低速轴承的主要失效形式 原因是载荷过大或冲击载荷作用。 3、磨损、胶合、保持架断裂等 使用维护不当而引起的，属于非正常失效。 三、设计准则 一般转速的轴承 转速极低或仅作缓慢摆动的轴承 — 进行寿命计算，防止点蚀破坏 — 按静强度计算，防止塑性变形 §11-4 滚动轴承的寿命计算 一、基本概念 ● 轴承寿命 轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。 ● 额定寿命 一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中90％ 的轴承不发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。 90％ 10％ 用 L 表示。 完好 按额定寿命选用轴承，可靠性为90％ 。 注意：额定寿命随运转条件而变化。 比如：外载增大，额定寿命降低。 因此，额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。 ● 基本额定动载荷 规定轴承在 额定寿命 为 106 转 时，所能承受的最大载荷，用 C 表示。 即：在C 的作用下，运转 106 转 时，有10％的轴承出现点蚀，90％的轴承完好。 额定动载荷越大 轴承的承载能力越大 对于具体轴承，C 为定值，按手册查取。 二、寿命计算 目的 — 根据工作条件和设计要求，选择合适的轴承。 L 106r P C P1 1 L1 轴承的疲劳曲线 载荷与额定寿命的关系曲线： 式中：P 为当量动载荷； L为P 作用下的额定寿命。 ε为寿命指数，球轴承ε ＝3，滚子轴承ε ＝10/3 。 C r － 向心轴承的基本额定动载荷，称为径向额定动载荷。 C a － 推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向额定动载荷。 所以： 实际计算时，常用小时数表示轴承的额定寿命： 轴承的转速 或： －已知轴承的C ，计算额定寿命 －根据预期寿命Lh′，计算所需的C ′ 当工作温度高于120℃时，C 值会下降，用温度系数 ft 修正： 预期寿命 当载荷为额定动载荷C 时： 所需额定动载荷 或： 寿命计算时，应满足： 三、当量动载荷 P 的计算 计算寿命 预期寿命 或： 所选轴承的额定动载荷 所需的额定动载荷 对于向心轴承，C 为径向力； 对于推力轴承，C 为轴向力。 但轴承可能同时承受径向载荷R 和轴向载荷 A。 A R 为了与 C 在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念。 当量动载荷：一假想载荷，与C 同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等效。用 P 表示。 计算式： X － 径向系数 Y － 轴向系数 查表11－10 X、Y 的作用是将R、A折合成当量动载荷。 实际工作条件下，需引入载荷系数 fp 修正 P： X、Y 取决于：A/R 和参数 e 。 若： A/R ＞ e X ≠ 0、Y ≠ 0 若： A/R ≤ e X ＝ 1、Y ＝ 0 参数 e 根据 A/C0 确定，它反映了轴承承受轴向载荷的能力。 基本额定静载荷 对于只能承受径向力的向心轴承（如圆柱滚子轴承）： 对于只能承受轴向力的推力轴承（如推力球轴承）： 或： 四、向心角接触轴承轴向载荷 A 的计算 1、角接触轴承的内部轴向力 S S R Qi Ri Si 径向载荷 R 的计算见轴系受力分析，即： RV1 RV2 RH1 RH2 Fr Fa Ft 而： 向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生内部轴向分力 S 。 O O － 支反力作用点，即法线给出了S 的近似计算方法。 角接触球轴承 内部轴向力： 注意 S 的方向 2、角接触轴承的排列方法 为使 S 得到平衡，角接触轴承必须成对使用。 一般有两种安装形式： ● 正装 － 面对面安装 两轴承外圈的窄边相对， 即内部轴向力指向相对。 ● 反装 － 背靠背安装 两轴承外圈的宽边相对， 即内部轴向力指向相背。 正装时跨距短，轴刚度大； 反装时跨距长，轴刚度小； 问题：两个角接触轴承朝一个方向布置行吗？ 为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点。 FA S1 S2 FA S1 S2 3、角接触轴承的轴向载荷A 当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷 A ＝？ 要同时考虑轴向外载 F A和内部轴向力 S 。 ① 轴承正装时： ● 若 S1 + FA S2 S1 S2 FA ?S 圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）： 1 2 轴向合力向右，轴有向右移动的趋势， 但外圈被固定， 使得 S1 和 △S 都是右轴承所受的力，故： 使轴向力平衡， 故： 右轴承被压紧，会产生反力△S， 而左轴承被放松， R1 R2 即：A1=S1 （放松端） A2=S1＋ FA （压紧端） 合力 ● 若 S1 + FA S2 S1 S2 FA ?S′ 1 2 轴向合力向左，轴有向左移动的趋势， S1 和 △S′ 都是左轴承所受的力，故： 使轴向力平衡： 故： 左轴承被压紧，会产生反力△S′， 而右轴承被放松， 即： （压紧端） （放松端） 合力 FA ?S′ S1 S2 1 2 ② 轴承反装时： ● 若 S2 + FA S1 轴向合力向右，轴有向右移动的趋势， 左轴承被压紧，会产生反力△S′， 使轴向力平衡： ∴ （压紧端） （放松端） FA ?S S1 S2 1 2 轴向合力向左，轴有向左移动的趋势， 右轴承被压紧，会产生反力△S ， 使轴向力平衡： ● 若 S2 + FA S1， （放松端） （压紧端） ∴ 归纳如下： 根据排列方式判明内部轴向力 S 1、S2 的方向； 判明轴向合力指向及轴可能移动的方向， 分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”； “放松”端的轴向载荷等于自身的内部轴向力， “压紧”端的轴向载荷等于除去自身内部轴向力外其它轴向力的代数和。 对于能够承受少量轴向力而α＝0 的向心轴承： （如深沟球轴承） FA R1 R2 因为：α＝0 , S1＝0 ，S2＝ 0 所以：A＝FA 图中： A1＝0 A2＝FA §11-5 滚动轴承的静强度计算 目的 — 防止轴承元件发生塑性变形 针对低速或受较大冲击载荷作用的轴承 基本额定静载荷 C0 ： 限制塑性变形的极限载荷值 对向心轴承为 C0r － 径向额定静载荷 对推力轴承为 C0a － 轴向额定静载荷 静强度条件 ： P0 － 当量静载荷 S0 － 静强度安全系数 径向系数 轴向系数 §11-6 滚动轴承的组合设计 组合设计的内容包括： ① 固定 实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力， ② 调整 ③ 配合与装拆 ④ 润滑与密封 一、滚动轴承的轴向固定 组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能。 重点：轴承的固定方法和调整。 防止轴系发生轴向蹿动。 常用两种固定方法： 两端固定 一端固定、一端游动 1、两端固定 这是最常见的固定方式。 两个轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。 适合于工作温升不高的短轴（跨距 L ≤ 400 mm） 考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙 C 。 对于深沟球轴承： 2、一端固定、一端游动 对于向心角接触轴承： 其轴向间隙可在轴承内部调整，其值比深沟球轴承小得多。 图上可省略不画。 适合于工作温升高的长轴（跨距 L ＞ 400 mm） 固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力。 游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力。 当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动， 避免轴承受到附加载荷作用，防止轴承卡住。 固定支点 A 不大 → 深沟球轴承（6） A 较大 → 一对角接触轴承（3、7） A 和 R 均大 → 推力轴承与向心轴承组合 游动支点 深沟球轴承（6）－ 内圈轴向需固定 圆柱滚子轴承（N）－内、外圈轴向均需固定 注意：固定支点的内圈亦需进行轴向固定。为什么？ 为什么“N”类轴承作游动支点时外圈亦需轴向固定？ 为什么在“两端固定”结构中，内圈不需作轴向固定？ 垫片调整 1、间隙的调整与控制 二、滚动轴承组合的调整 为保证轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的游隙或间隙。 通过增、减垫片厚度来调整间隙。 如何调整至规定间隙？ 螺钉调整 用于轴向力不是太大的轴承组合。 2、轴系部件位置的调整 使轴上零件处于准确的工作位置。 通常用垫片调整 3、角接触轴承的预紧 预紧 － 安装时对轴承施加一轴向力（预紧力） 目的 － 提高回转精度和支承刚度 方法 － 金属垫片、磨窄套圈等 —— 同一支点成对安装 预紧结构 内圈与轴颈 1、滚动轴承的配合 三、滚动轴承的配合及装拆 采用基孔制，孔的配合代号不用标注。 外圈与座孔 采用基轴制，轴的配合代号不用标注。 配合的选取原则： 转动套圈、速度高、受载大、工作温度变化大 ——选较紧的配合（过盈） 不动套圈、常拆轴承 ——选较松的配合（间隙） 2、滚动轴承的装拆 轴肩高度应低于内圈厚度 轴肩开槽 润滑的目的 四、滚动轴承的润滑及密封 减少摩擦磨损、冷却、吸振、防锈 密封型式 密封的目的 防尘、防水、防止润滑剂流失 接触式密封 非接触密封 毡圈密封 皮碗密封 油沟密封 迷宫密封 ★ 转速不高时用接触式密封 ★ 转速较高时用非接触式密封 滑动轴承 §11-7 滑动轴承概述 滑动轴承的主要特点： ● 工作平稳，无噪声； ● 运转精度高； ● 形成液体润滑时摩擦损失小，适合于高速； ● 径向尺寸小而且可剖分。 滑动轴承的摩擦状态： 1、干摩擦状态 应避免此种摩擦状态。 摩擦表面无润滑剂，功率损失严重，磨损加剧，温升高，轴瓦易破坏。 2、边界摩擦状态 摩擦表面间有润滑油存在，金属表面上形成了一层极薄的边界油膜。 但尖峰部分仍直接接触。 多数滑动轴承都是这种摩擦状态。 3、液体摩擦状态 两摩擦表面完全被润滑油分隔开，形成了一定厚度的压力油膜。 这种摩擦状态是润滑油分子之间的摩擦，摩擦系数极小。 重要轴承采用这种摩擦状态。 非液体摩擦滑动轴承 液体摩擦滑动轴承 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

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