完整的轴承选型计算方法.ppt

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1、第七章 轴承设计,按摩擦性质分：,滑动轴承 和滚动轴承,按承载方向分：,向心轴承 和推力轴承,轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。,1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。,2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。,3具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。,一、轴承应满足如下基本要求：,二、轴承分类：,7-1.滑动轴承概述,一、滑动轴承的主要特点：, 工作平稳，无噪声；, 回转精度高；, 液体润滑时摩擦损失小；, 径向尺寸小。,二、滑动轴承的摩擦状态(轴瓦与轴颈之间)：,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

2、易破坏。, 承载能力高。,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,常用润滑剂：,润滑油 液体，用途最广泛；,三、润滑剂及其选择,润滑脂 半固体，一般用于中低速；,固体润滑剂 主要用作油、脂的添加剂，也可单独使用。,1、润滑油的性能及选择,粘度 ,表征了流动的液体中内摩擦阻力的大小。,是最重要的性能指标，也是选

3、择润滑油的主要依据。,油性 ,也称润滑性，表征油中的极性分子对金属表面的吸附性能。油性好则摩擦系数小。,润滑油的选择原则：,凝点 ,反映润滑油的低温工作性能。,针入度 ,表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度；,闪点 ,反映润滑油的高温工作性能。, 压力大或在冲击、变载条件下工作，应选粘度高的油；, 速度高时，应选粘度低的油，以减少摩擦损失；, 工作温度高时，应选粘度高的油，因粘度会随温度升高而下降。,2、润滑脂的性能及选择,滴 点 ,表征润滑脂耐高温的性能。,润滑脂的选择原则：, 工作环境有水汽，选钙基润滑脂；, 工作温度高，选钠基润滑脂；, 有水汽而且工作温度高，则应选锂基润滑脂。,四、滑动轴

4、承的分类,载荷方向,径向轴承,推力轴承,装拆需要,整体轴承(特殊类型：自动调心式轴承),剖分轴承,摩擦状态,液体摩擦(长期运转,精度要求高),非液体摩擦,主要承受径向力,主要承受轴向力,动压轴承,静压轴承,1.径向滑动轴承,(1)整体式滑动轴承,特点：结构简单，成本低廉。,应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,因磨损而造成的间隙无法调整。,只能从沿轴向装入或拆出。,(2)剖分式滑动轴承,特 点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。,应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,部分式轴承(整体轴套),对开式轴承(剖分轴套),(3)自动调心滑动轴承,(4)间隙可调式滑动轴承,2.推力滑

5、动轴承,推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：,轴瓦的材料,减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。,耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。,抗咬粘性(胶合)：材料的耐热性与抗粘附性。,摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。,嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。,此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。,磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力（或性质）。,常用轴瓦材料有：,金属材料,粉末冶金材料,非金属材料,轴承合金（巴氏合金、白合金）是由锡

6、、铅、锑、铜等组成的合金,铜合金 分为青铜和黄铜两类。,铸铁 有普通灰铸铁、球墨铸铁等。,由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成的多孔隙轴瓦材料。,有塑料、硬木、橡胶等，其中塑料用的最多,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,7-4 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。, 向心滑动轴承,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 值表征了轴承发热量的大

7、小。,pv,发热量,温升,润滑效果,胶合,k 考虑油槽使支承面积减小。,推力滑动轴承, 向心轴承,z 推力环的数目,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+d0)/2,推力轴承取24MPa*m/s,平均速度,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,7.5液体摩擦滑动轴承的工作原理,一、动压油膜的形成机理,两摩擦表面平行，不会产生压力油膜,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,二、形成动压油膜的必要条件, 两摩擦表

8、面必须形成楔形间隙, 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,静止,启动,不稳定运行,稳定运行, 多油楔滑动轴承,其他滑动轴承, 静压滑动轴承, 气体轴承,8-1 . 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二个问题：,1、如何选择滚动轴承的类型；,2、滚动轴承的寿命计算；, 摩擦阻尼小(相对于非液体摩擦滑动轴承)，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

9、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：045，主要承受径向载荷；,径向接触轴承0 的向心轴承；,向心角接触轴承 045的向心轴承；,推力轴承： 45 90 ，主要承受轴向载荷；,轴向接触轴承90的推力轴承,推力角接触轴承 45 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：,用数字或字母表示1调心球轴承2调心滚子轴承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8推力圆柱滚子轴承N圆柱滚子轴承NA

10、滚针轴承,内径尺寸 代号 10 00 12 01 15 02 17 03 20500 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、 6级（6x）和0级，共5个级别，依次由高级到低级，其代号分别为：/P2、/P4、/P5、/P6（ /P6x ）和/P0。,3, 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

11、(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 ）；,11-5 滚动轴承的寿命计算,一、滚动轴承的载荷分析,各滚动体上的受力情况如何？,当轴承仅受到纯轴向力 Fa 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 Fr 作用时

12、：,接触点产生弹性变形，内圈下沉，,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

13、,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,四, 滚动轴承的寿命计算公式,(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。, 基本额定寿命,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 L10 表示。,完好,按基本额定寿命选用轴承，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，基本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 基本额定寿命L10 为 1

14、06 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，选择合适的轴承尺寸。,载荷与额定寿命的关系曲线：,式中：P 为当量动载荷；,L10为P 作用下的额定寿命。,为寿命指数，球轴承 3，滚子轴承 10/3 。,C r 向心轴承的基本额定动载荷，称为径向基本额定动载荷。,C a 推力轴承的基本额定动载荷，称为轴向基本额定动载荷。,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：

15、,已知轴承的C 以及P，计算额定寿命,根据预期寿命Lh以及P，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 为径向载荷；,对于推力轴承，C 为轴向载荷。,但轴承可能同时承受径向载荷Fr 和轴向载荷 Fa。,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：,

16、X 径向系数,Y 轴向系数,查表8-7,X、Y 的作用是将Fr、Fa 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：Fa/Fr 和参数 e 。,若：,Fa/Fr e,X 0、Y 0,若：,Fa/Fr e,X 1、Y 0,参数 e 根据 Fa/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 Fa 的计算,1、角接触轴承的派生轴向力 S,轴承径向载荷 Fr 的计算见轴系受力分析，即：,而：,向心角接触轴承（角接

17、触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生派生轴向分力 S 。,O,O 支反力作用点，即法线与轴线的交点。,表8-9给出了S 的近似计算方法。,角接触球轴承,派生轴向力：,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，,即派生轴向力指向相背。,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。,3、角接触轴承的轴向载荷Fa,当

18、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 Fa ？,要同时考虑轴向外载 F A和派生轴向力 S 。,S2 和 S2 都是右轴承所受的力，故：, 轴承正装时：, 若 S1 + FA S2,圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：,轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，,但外圈被固定，,使得,使轴向力平衡，,故：,右轴承被压紧，会产生反力S2，,而左轴承被放松，,即：Fa1=S1 （放松端）Fa2=S1 FA （压紧端）, 若 S1 + FA S2,轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，,S1 和 S1 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S1，,而右

19、轴承被放松，,即：,（压紧端）,（放松端）, 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S1，,使轴向力平衡：,（压紧端）,（放松端）,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 2，,使轴向力平衡：, 若 S2 + FA S1，,（放松端）,（压紧端）,归纳如下：,分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”；,“压紧”端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力后其它轴向力的代数和。,对于能够承受少量轴向力而0 的向心轴承：,（如深沟球轴承）,因为：0 ,S10 ，S2 0,所以：FaFA,图中：,Fa10,Fa2FA,11-6 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 径向基本额定静载荷,对推力轴承为 C0a 轴向基本额定静载荷,静强度条件 ：,P0 当量静载荷,S0 静强度安全系数， 见表811,径向系数,轴向系数,X0、Y0查表812,向心轴承,推力轴承,11-6 滚动轴承的静强度计算,作业 8-18-2,