完整的軸承選型計算方法.ppt

第七章 軸承設計,按摩擦性質分：,滑動軸承 和滾動軸承,按承載方向分：,向心軸承 和推力軸承,軸承的作用是支承軸。軸在工作時可以是旋轉的，也可以是靜止的。,1能承擔一定的載荷，具有一定的強度和剛度。,2具有小的摩擦力矩，使回轉件轉動靈活。,3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉精度。,一、軸承應滿足如下基本要求：,二、軸承分類：,7-1.滑動軸承概述,一、滑動軸承的主要特點：, 工作平穩(wěn)，無噪聲；, 回轉精度高；, 液體潤滑時摩擦損失??；, 徑向尺寸小。,二、滑動軸承的摩擦狀態(tài)(軸瓦與軸頸之間)：,1、干摩擦狀態(tài),應避免此種摩擦狀態(tài)。,摩擦表面無潤滑劑，功率損失嚴重，磨損加劇，溫升高，軸瓦易破壞。, 承載能力高。,2、邊界摩擦狀態(tài),摩擦表面間有潤滑油存在，金屬表面上形成了一層極薄的邊界油膜。,但尖峰部分仍直接接觸。,多數滑動軸承都是這種摩擦狀態(tài)。,3、液體摩擦狀態(tài),兩摩擦表面完全被潤滑油分隔開，形成了一定厚度的壓力油膜。,這種摩擦狀態(tài)是潤滑油分子之間的摩擦，摩擦系數極小。,重要軸承采用這種摩擦狀態(tài)。,非液體摩擦滑動軸承,液體摩擦滑動軸承,常用潤滑劑：,潤滑油 液體，用途最廣泛；,三、潤滑劑及其選擇,潤滑脂 半固體，一般用于中低速；,固體潤滑劑 主要用作油、脂的添加劑，也可單獨使用。,1、潤滑油的性能及選擇,粘度 ,表征了流動的液體中內摩擦阻力的大小。,是最重要的性能指標，也是選擇潤滑油的主要依據。,油性 ,也稱潤滑性，表征油中的極性分子對金屬表面的吸附性能。油性好則摩擦系數小。,潤滑油的選擇原則：,凝點 ,反映潤滑油的低溫工作性能。,針入度 ,表征潤滑脂的稀稠度，類似于油的粘度；,閃點 ,反映潤滑油的高溫工作性能。, 壓力大或在沖擊、變載條件下工作，應選粘度高的油；, 速度高時，應選粘度低的油，以減少摩擦損失；, 工作溫度高時，應選粘度高的油，因粘度會隨溫度升高而下降。,2、潤滑脂的性能及選擇,滴 點 ,表征潤滑脂耐高溫的性能。,潤滑脂的選擇原則：, 工作環(huán)境有水汽，選鈣基潤滑脂；, 工作溫度高，選鈉基潤滑脂；, 有水汽而且工作溫度高，則應選鋰基潤滑脂。,四、滑動軸承的分類,載荷方向,徑向軸承,推力軸承,裝拆需要,整體軸承(特殊類型：自動調心式軸承),剖分軸承,摩擦狀態(tài),液體摩擦(長期運轉,精度要求高),非液體摩擦,主要承受徑向力,主要承受軸向力,動壓軸承,靜壓軸承,1.徑向滑動軸承,(1)整體式滑動軸承,特點：結構簡單，成本低廉。,應用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。,因磨損而造成的間隙無法調整。,只能從沿軸向裝入或拆出。,(2)剖分式滑動軸承,特 點：結構復雜、可以調整磨損而造成的間隙、安裝方便。,應用場合：低速、輕載或間歇性工作的機器中。,部分式軸承(整體軸套),對開式軸承(剖分軸套),(3)自動調心滑動軸承,(4)間隙可調式滑動軸承,2.推力滑動軸承,推力滑動軸承由軸承座和止推軸頸組成。常用的軸頸結構形式有：,軸瓦的材料,減摩性：材料副具有較低的摩擦系數。,耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。,抗咬粘性(膠合)：材料的耐熱性與抗粘附性。,摩擦順應性：材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不良的能力。,嵌入性：材料容納硬質顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能。,此外還應有足夠的強度和抗腐蝕能力、良好的導熱性、工藝性和經濟性。,磨合性：軸瓦與軸頸表面經短期輕載運行后，形成相互吻合的表面形狀和粗糙度的能力（或性質）。,常用軸瓦材料有：,金屬材料,粉末冶金材料,非金屬材料,軸承合金（巴氏合金、白合金）是由錫、鉛、銻、銅等組成的合金,銅合金 分為青銅和黃銅兩類。,鑄鐵 有普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵等。,由銅、鐵、石墨等粉末經壓制、燒結而成的多孔隙軸瓦材料。,有塑料、硬木、橡膠等，其中塑料用的最多,一、失效形式,1、磨損,導致軸承配合間隙加大，影響軸的旋轉精度，甚至使軸承不能正常工作。,1、限制軸承的壓強 p ：,高速重載且潤滑不良時，摩擦加劇，發(fā)熱多，使軸承上較軟的金屬粘焊在軸頸表面而出現(xiàn)膠合。,二、設計準則,7-4 非液體摩擦滑動軸承的設計,2、膠合,目的 防止軸瓦過度磨損。, 向心滑動軸承,平均壓強：,2、限制軸承的 pv 值 ：,目的 控制軸承的發(fā)熱量，防止膠合破壞。,pv 值表征了軸承發(fā)熱量的大小。,pv,發(fā)熱量,溫升,潤滑效果,膠合,k 考慮油槽使支承面積減小。,推力滑動軸承, 向心軸承,z 推力環(huán)的數目,3、限制滑動速度 v ：,目的 防止滑動速度過高而引起磨損,平均直徑 dm(d1+d0)/2,推力軸承取24MPa*m/s,平均速度,許用線速度,三、設計步驟,確定軸承結構形式,確定軸承寬度 B 和直徑 d,驗算p、pv、v,選擇軸承的配合,選擇潤滑劑與潤滑裝置,選擇軸瓦材料, 推力軸承,7.5液體摩擦滑動軸承的工作原理,一、動壓油膜的形成機理,兩摩擦表面平行，不會產生壓力油膜,兩摩擦表面成楔形間隙，產生了壓力油膜,間隙內的潤滑油形成了擁擠,二、形成動壓油膜的必要條件, 兩摩擦表面必須形成楔形間隙, 潤滑油必須從大口進小口出, 必須具有足夠的滑動速度, 必須充滿足夠粘度的潤滑油,三、向心動壓滑動軸承的工作過程,靜止,啟動,不穩(wěn)定運行,穩(wěn)定運行, 多油楔滑動軸承,其他滑動軸承, 靜壓滑動軸承, 氣體軸承,8-1 . 滾動軸承的特點及類型,滾動軸承的主要特點：,滾動軸承是標準件，由專業(yè)軸承廠集中生產。,故學習本章的目的主要解決二個問題：,1、如何選擇滾動軸承的類型；,2、滾動軸承的壽命計算；, 摩擦阻尼小(相對于非液體摩擦滑動軸承)，啟動靈活；, 可同時承受徑向和軸向載荷，簡化了支承結構；, 徑向間隙小，還可用預緊方法消除間隙，因此回轉精度高；, 互換性好,易于維護。,缺點： 抗沖擊能力較差； 高速時噪聲大，壽命較低； 徑向尺寸大。,滾動軸承的主要類型：,1、按承載方向和公稱接觸角分為：,滾動體與套圈接觸處的法線 與軸承的徑向平面之間的 夾角，稱為公稱接觸角。,向心軸承：045，主要承受徑向載荷；,徑向接觸軸承0 的向心軸承；,向心角接觸軸承 045的向心軸承；,推力軸承： 45 90 ，主要承受軸向載荷；,軸向接觸軸承90的推力軸承,推力角接觸軸承 45 90的推力軸承,2、按滾動體的種類可分為：球軸承和滾子軸承,滾動軸承代號：,用數字或字母表示 1調心球軸承 2調心滾子軸承 3圓錐滾子軸承 5推力球軸承 6深溝球軸承 7角接觸球軸承 8推力圓柱滾子軸承 N圓柱滾子軸承 NA滾針軸承,內徑尺寸 代號 10 00 12 01 15 02 17 03 20500 d/5 22、28、32及500以上 /內徑,后置代號：用于表示軸承的結構、公差及材料的特殊要求，用字母或數字表示；如：接觸角為150、250和400的角接觸球軸承，分別用C、AC和B表示內部結構的不同。,又如：軸承的公差等級分別為2級、4級、5級、 6級（6x）和0級，共5個級別，依次由高級到低級，其代號分別為：/P2、/P4、/P5、/P6（ /P6x ）和/P0。,3, 滾動軸承類型的選擇,(1)、根據載荷的大小及性質,載荷大或沖擊大選滾子軸承（線接觸）；,徑向、軸向載荷角接觸球軸承(7)或圓錐滾子軸承(3),軸向載荷不大時，可用深溝球軸承,載荷小或沖擊小選球軸承（點接觸） ；,(2)、根據載荷的方向,純徑向載荷選深溝球軸承（6）、圓柱滾子軸承（N),純軸向載荷選推力軸承（5 或 8 ）,(3)、根據轉速的高低,轉速高選球軸承；,轉速低選滾子軸承；,(4)、根據回轉精度,精度要求高選球軸承；,(5)、根據調心性能,軸剛性差、軸承座孔同軸度差或多點支承 選調心軸承（ “1” 類 或 “2” 類 ）；,11-5 滾動軸承的壽命計算,一、滾動軸承的載荷分析,各滾動體上的受力情況如何？,當軸承僅受到純軸向力 Fa 作用時：,載荷由各滾動體平均分擔，即：,Qi Qj,當軸承僅受到純徑向力 Fr 作用時：,接觸點產生彈性變形，內圈下沉，,Q2,Qmax,Q1,Q2,Q1,最多只有半圈滾動體受載。,承載區(qū)各滾動體的變形量不同，受載大小也不同。,對于點接觸軸承：,對于線接觸軸承：,滾動體與套圈滾道接觸點的接觸應力是變應力，,因此：,可看成脈動循環(huán)變應力。,全部滾動體個數,滾動體表面、套圈滾道都可能發(fā)生點蝕。,二、滾動軸承的失效形式,1、疲勞點蝕 最主要的失效形式,防止點蝕破壞，是計算滾動軸承的主要目的。,接觸應力過大，元件表面出現(xiàn)較大塑性變形。,2、塑性變形 低速軸承的主要失效形式,原因是載荷過大或沖擊載荷作用。,3、磨損、膠合、保持架斷裂等,使用維護不當而引起的，屬于非正常失效。,三、設計準則,一般轉速的軸承,轉速極低或僅作緩慢擺動的軸承, 進行壽命計算，防止點蝕破壞, 按靜強度計算，防止塑性變形,四, 滾動軸承的壽命計算公式,(一)、基本概念, 軸承壽命,軸承中任一元件 出現(xiàn)疲勞點蝕 前所經歷的總轉數或總工作小時數。, 基本額定壽命,一批相同 的軸承，在相同的條件下運轉，其中90 的軸承不發(fā)生疲勞點蝕 前所經歷的總轉數或總工作小時數。,90,10,用 L10 表示。,完好,按基本額定壽命選用軸承，可靠性為90,注意：額定壽命隨運轉條件而變化。,比如：外載增大，額定壽命降低。,因此，基本額定壽命并不能直接反映軸承的承載能力。, 基本額定動載荷,規(guī)定軸承在 基本額定壽命L10 為 106 轉 時，所能承受的最大載荷，用 C 表示。,即：在C 的作用下，運轉 106 轉 時，有10的軸承出現(xiàn)點蝕，90的軸承完好。,額定動載荷越大,軸承的承載能力越大,對于具體軸承，C 為定值，按手冊查取。,(二)、壽命計算,目的 根據工作條件和設計要求，選擇合適的軸承尺寸。,載荷與額定壽命的關系曲線：,式中：P 為當量動載荷；,L10為P 作用下的額定壽命。,為壽命指數，球軸承 3，滾子軸承 10/3 。,C r 向心軸承的基本額定動載荷，稱為徑向基本額定動載荷。,C a 推力軸承的基本額定動載荷，稱為軸向基本額定動載荷。,所以：,實際計算時，常用小時數表示軸承的額定壽命：,軸承的轉速,或：,已知軸承的C 以及P，計算額定壽命,根據預期壽命Lh以及P，計算所需 的C ,當工作溫度高于120時，C 值會下降，用溫度系數 ft 修正：,預期壽命,當載荷為額定動載荷C 時：,所需額定動載荷,或：,壽命計算時，應滿足：,(三)、當量動載荷 P 的計算,計算壽命,預期壽命,或：,所選軸承的額定動載荷,所需的額定動載荷,對于向心軸承，C 為徑向載荷；,對于推力軸承，C 為軸向載荷。,但軸承可能同時承受徑向載荷Fr 和軸向載荷 Fa。,為了與 C 在相同的條件下進行比較，引入當量動載荷的概念。,當量動載荷：一假想載荷，與C 同類型，它對軸承的作用與實際載荷的作用等效。用 P 表示。,計算式：,X 徑向系數,Y 軸向系數,查表8-7,X、Y 的作用是將Fr、Fa 折合成當量動載荷。,實際工作條件下，需引入載荷系數 fp 修正 P：,X、Y 取決于：Fa/Fr 和參數 e 。,若：,Fa/Fr e,X 0、Y 0,若：,Fa/Fr e,X 1、Y 0,參數 e 根據 Fa/C0 確定，它反映了軸承承受軸向載荷的能力。,基本額定靜載荷,對于只能承受徑向力的向心軸承（如圓柱滾子軸承）：,對于只能承受軸向力的推力軸承（如推力球軸承）：,或：,(四)、向心角接觸軸承軸向載荷 Fa 的計算,1、角接觸軸承的派生軸向力 S,軸承徑向載荷 Fr 的計算見軸系受力分析，即：,而：,向心角接觸軸承（角接觸球軸承、圓錐滾子軸承）受純徑向載荷作用后，會產生派生軸向分力 S 。,O,O 支反力作用點，即法線與軸線的交點。,表8-9給出了S 的近似計算方法。,角接觸球軸承,派生軸向力：,注意 S 的方向,2、角接觸軸承的排列方法,為使 S 得到平衡，角接觸軸承必須成對使用。,一般有兩種安裝形式：, 正裝 面對面安裝,兩軸承外圈的窄邊相對，,即內部軸向力指向相對。, 反裝 背靠背安裝,兩軸承外圈的寬邊相對，,即派生軸向力指向相背。,正裝時跨距短，軸剛度大；,反裝時跨距長，軸剛度??；,問題：兩個角接觸軸承朝一個方向布置行嗎？,為簡化計算，認為支反力作用于軸承寬度的中點。,3、角接觸軸承的軸向載荷Fa,當外載既有徑向載荷又有軸向載荷時，角接觸軸承的軸向載荷 Fa ？,要同時考慮軸向外載 F A和派生軸向力 S 。,S2 和 S2 都是右軸承所受的力，故：, 軸承正裝時：, 若 S1 + FA S2,圓錐滾子軸承的簡圖如下（將內圈與軸視為一體）：,軸向合力向右，軸有向右移動的趨勢，,但外圈被固定，,使得,使軸向力平衡，,故：,右軸承被壓緊，會產生反力S2，,而左軸承被放松，,即：Fa1=S1 （放松端） Fa2=S1 FA （壓緊端）, 若 S1 + FA S2,軸向合力向左，軸有向左移動的趨勢，,S1 和 S1 都是左軸承所受的力，故：,使軸向力平衡：,故：,左軸承被壓緊，會產生反力S1，,而右軸承被放松，,即：,（壓緊端）,（放松端）, 軸承反裝時：, 若 S2 + FA S1,軸向合力向右，軸有向右移動的趨勢，,左軸承被壓緊，會產生反力S1，,使軸向力平衡：,（壓緊端）,（放松端）,軸向合力向左，軸有向左移動的趨勢，,右軸承被壓緊，會產生反力S 2，,使軸向力平衡：, 若 S2 + FA S1，,（放松端）,（壓緊端）,歸納如下：,分析哪端軸承被“壓緊”，哪端軸承被“放松”；,“壓緊”端的軸向載荷等于除去自身派