第九章 軸、軸承及聯(lián)軸器,9.1 軸,一、概述,（一）、軸的用途與分類,1、功用：1）支承回轉零件；2）傳遞運動和動力,2、分類：,軸是直接支持傳動零件和其它軸上零件以傳遞運動和動力的重要零件。設備的工作能力和工作質量在很大程度上與軸有關。,按中心線形狀不同分類 (1) 直軸： 中心線為一直線的軸稱為直軸。 在軸的全長上直徑都相等的直軸稱為光軸, 如圖(a)所示; 各段直徑不等的直軸稱為階梯軸, 如圖 (b)所示。,(a) 光軸; (b) 階梯軸; (c) 空心軸,由于階梯軸上零件便于拆裝和固定, 又利于節(jié)省材料和減輕重量, 因此在機械中應用最普遍。 在某些機器中也有采用空心軸的, 以減輕軸的重量或利用空心軸孔輸送潤滑油、 冷卻液等。,(2) 曲軸： 中心線為折線的軸稱為曲軸, 如圖所示。 它主要用在需要將回轉運動與往復直線運動相互轉換的機械中。,直軸：,階梯軸,光軸,曲軸：,實物軸,按承載情況不同分類 (1) 轉軸： 工作中同時受彎矩和扭矩的軸稱為轉軸。 轉軸在各種機器中最常見, 如減速箱中的齒輪軸。 (2) 傳動軸: 只受扭矩不受彎矩或所受彎矩很小的軸稱為傳動軸。 如汽車傳動軸。 (3) 心軸： 只承受彎矩的軸稱為心軸。 心軸又分為轉動心軸和固定心軸, 前者如機車車軸(見圖 (a), 后者如自行車的前軸(見圖 (b)。,轉軸,傳動軸,心軸 (a) 機車車軸; (b) 自行車前軸,1. 碳素鋼 碳素鋼比合金鋼價廉, 對應力集中不敏感, 并可用熱處理的方法改善其力學性能。 一般機械中常用35、 45、 50鋼等優(yōu)質碳素鋼, 并進行正火或調質處理, 其中以45鋼用得最為廣泛。 不重要的、受力較小的軸可采用Q235、 Q275等碳素結構鋼。,二、軸的材料,2. 合金鋼 合金鋼具有較高的力學性能和良好的熱處理工藝性, 但對應力集中比較敏感, 且價格較貴, 多用于高速、 重載及有特殊要求的軸材料。 對于耐磨性要求較高的軸, 可選用20Cr、 20CrMnTi等低碳合金鋼, 進行滲碳淬火處理。 對于在高溫、 高速和重載條件下工作的軸, 可選用38CrMoAlA、 40CrNi等合金結構鋼。,由于在一般工作溫度下, 碳素鋼和合金鋼的彈性模量相差無幾, 因此, 不能用合金鋼代替碳素鋼來提高軸的剛度。 軸的毛坯通常用鍛件和熱軋圓鋼。 對于某些結構外形復雜的軸可采用鑄鋼或球墨鑄鐵, 后者具有吸震性、 耐磨性好、 價格低廉、 對應力集中敏感性差等優(yōu)點。 下表列出了幾種軸的常用材料及其力學性能。,軸的常用材料及其主要力學性能,三、軸及軸系的結構設計,軸及軸系的結構設計主要要求是: (1) 便于加工, 具有良好加工和裝配的工藝性, 軸上零件便于拆裝和調整； (2) 軸上零件布置合理, 受力合理, 利于提高軸的強度和剛度； (3) 軸上零件的軸向定位、 周向定位準確, 固定可靠； (4) 盡量減少應力集中, 節(jié)約材料。,（一）、 零件在軸上的軸向固定 零件在軸上的軸向固定方法很多, 如圖所示, 選擇時要綜合考慮零件在軸上的位置、 軸向力的大小、 具體的安裝條件等。,軸上零件的軸向固定方法,軸上零件的軸向固定方法,軸上零件的軸向固定方法,1. 軸肩和軸環(huán) 階梯軸上常采用軸肩或軸環(huán)定位, 如圖所示。 軸肩或軸環(huán)是階梯軸上截面變化的部分, 由定位面和過渡圓角組成。 軸肩結構簡單, 能承受較大的軸向力, 應用較多。,軸肩和軸環(huán),軸肩圓角半徑,2. 套筒 在軸的中部, 當兩個零件間距離較小時, 常采用套筒作相對固定, 如圖所示。使用套筒可簡化軸的結構, 避免在軸上制出螺紋、 環(huán)形槽等, 能有效地提高軸的疲勞強度, 但增加了一些重量, 故套筒不應太長。 且因套筒與軸的配合較松, 所以也不宜用于高速軸。,套筒的使用,3. 圓螺母 圓螺母可承受較大的軸向力, 但在螺紋處有應力集中, 會降低軸的疲勞強度, 故其多用于固定裝在軸端的零件, 一般采用細牙螺紋。 為防止圓螺母松脫, 可采用加止動墊圈或用雙圓螺母。,4. 擋圈 擋圈通常與軸肩聯(lián)合使用定位, 常用的有螺釘鎖緊擋圈、 彈性擋圈和軸端擋圈三種(見圖)。 螺釘鎖緊擋圈用緊定螺釘固定在軸上, 若在軸上零件兩側各用一個鎖緊擋圈時, 可任意調整軸上零件的位置, 裝拆方便。 但緊定螺釘不能承受大的軸向力, 且釘端會引起軸應力集中。 軸上零件作軸向固定也可使用彈性擋圈, 這種固定方法簡單, 但承受軸向力小, 且軸上需設溝槽, 也會因應力集中而削弱軸的強度。,彈性擋圈常用作滾動軸承的軸向固定。 軸端擋圈(又稱壓板)常用于軸端零件的固定, 如圖中的聯(lián)軸器就是利用軸端擋圈和螺母將零件壓緊在軸肩上的。 這種固定方法工作可靠, 應用頗廣。,5. 錐形軸頭 軸和轂孔利用錐面配合, 對中性好, 軸上零件裝拆方便, 且可兼作周向固定, 常用于轉速較高的場合。 當用于軸端零件的固定時, 可與軸端擋圈配合使用, 使零件得到雙向定位和固定。 在用套筒、 圓螺母、 軸端擋圈作軸向固定時, 為確保軸上零件定位可靠, 軸頭的長度應比零件輪轂的寬度短23 mm(見圖)。,軸段長度稍短,（二）、 零件在軸上的周向固定 為了傳遞運動和轉矩, 防止軸上零件與軸作相對轉動, 必須有可靠的周向固定。 轉動零件與軸的周向固定所形成的聯(lián)結, 稱為軸轂聯(lián)結。 軸轂聯(lián)結的形式很多, 常用的周向固定方法有鍵、 花鍵, 成形、 銷, 彈性環(huán)、 過盈等聯(lián)結, 如圖所示， 可根據(jù)傳遞轉矩的大小進行選取。,軸上零件常用的周向固定方法,軸上零件常用的周向固定方法,普通平鍵： 圓 頭 方 頭 半圓頭,花鍵聯(lián)接是由多個鍵齒與鍵槽在軸和輪轂孔的周向均布而成 花鍵齒側面為工作面適用于動、靜聯(lián)接,聯(lián)接銷主要用于零件間的聯(lián)接或鎖定，可傳遞不大的載荷,（三）、 軸的結構工藝性 設計軸的結構時, 應使軸的結構形狀便于加工、 裝配和維修。 例如, 對于需要磨削的軸段, 應留有砂輪越程槽, 如圖所示； 對于需要切削螺紋的軸段, 應留有退刀槽, 如圖所示。 砂輪越程槽通常寬24 mm、 深0.51 mm； 螺紋退刀槽與螺紋牙高度有關, 槽的尺寸可參看有關設計手冊、 圖冊。,砂輪越程槽,螺紋退刀槽,為便于零件在軸上的裝配, 軸端應加工成45(或30、 60)倒角。 過盈配合部分的零件裝入端常加工出半錐為10(或30)的導向錐面(見圖)； 對于受變載荷的重要零件, 則應加工出圓角。,引導錐,四、軸的設計計算,（一）、 軸的計算簡圖 在進行軸的強度和剛度計算時, 為便于分析和計算, 常通過必要的簡化, 找出軸的合理簡化模型, 即軸的計算簡圖。,通常將軸簡化為一鉸鏈支座的梁, 軸和軸上零件的自重可忽略不計, 軸上分布載荷按圖所示方法簡化。 作用在軸上的扭矩通常從傳動件輪轂中點計算。 軸的支座反力的作用點隨軸承類型、 布置方式不同而異, 可按圖確定, 圖中a、 b、 e的值可查機械設計手冊。,軸的計算簡圖 (a) 一般情況; (b) 過盈情況,軸上支點的簡化 (a) 向心軸承; (b) 角接觸軸承; (c) 兩個向心軸承; (d) 滑動軸承,（二）、 軸的強度計算 按扭轉強度計算 對于傳動軸, 可只按扭矩計算軸的直徑； 對于轉軸, 常用此法估算軸的最小直徑, 然后進行軸的結構設計。 對于圓截面軸, 扭轉強度條件為,式中, 為軸的扭轉剪應力, 單位為MPa； T為軸傳遞的扭矩, 單位為Nmm； P為軸傳遞的功率, 單位為kW； n為軸的轉速, 單位為r/min； d為軸的直徑, 單位為mm； 為許用扭轉剪應力, 單位為MPa, 其值查表選?。?Wn為軸抗扭截面系數(shù), 單位為mm3, 對圓截面軸Wn0.2d3。 由式, 可推出軸的設計公式為,式中, C為由軸的材料和承載情況確定的常數(shù), 見表。,常用材料的 和C值,軸上有鍵槽時： 放大軸徑：一個鍵槽：35% 二個鍵槽：710% 取標準值,軸標準直徑系列尺寸,例：圖示為一電動機通過一級直齒圓柱齒輪減速器帶動帶傳動的簡圖。已知電動機功率為30KW,轉速 n=970r/min,減速器效率為0.92，傳動比i=4,單向傳動，從動齒輪分度圓直徑d2=410mm,輪轂長度 105mm,采用深溝球軸承。試設計從動齒輪軸的結構和尺寸。,解：（1）求輸出軸的轉速與輸出功率。 n2=n1/i=970/4=242.5r/min P2=0.92*P1=0.92*30=27.6KW 考慮鍵的削弱，將軸徑增大5%，即取d=53.3*1.05=55.9mm 查得標準直徑d=60mm。,(4)軸的結構設計及繪制結構草圖,(5)按彎、扭組合作用驗算軸的強度 (6)鍵槽設計及其公差 (7)確定軸的各處倒角、圓角，公差 (8)繪制軸的工作圖,1 概 述 2 滑動軸承的結構與材料 3 滑動軸承的潤滑 4 滾動軸承 5 滾動軸承的代號及選用 6 滾動軸承的壽命計算,9.2 軸承,一、 概 述,1 滑動軸承的特點與應用 工作時軸套和軸頸的支承面間形成直接或間接滑動摩擦的軸承稱為滑動軸承。 滑動軸承工作面間一般有潤滑油膜且為面接觸, 所以滑動軸承具有承載能力大、 抗沖擊、 噪聲低、 工作平穩(wěn)、 回轉精度高、 高速性能好等獨特的優(yōu)點。,滑動軸承主要應用于以下場合: 工作轉速極高的軸承； 要求軸的支承位置特別精確、 回轉精度要求特別高的軸承； 特重型軸承； 承受巨大沖擊和震動載荷的軸承； 必須采用剖分結構的軸承； 要求徑向尺寸特別小以及特殊工作條件的軸承。 滑動軸承在內燃機、 汽輪機、 鐵路機車、 軋鋼機、 金屬切削機床以及天文望遠鏡等設備中應用很廣泛。,B. 按潤滑狀態(tài)分類 (1) 流體潤滑軸承: 摩擦表面完全被流體膜分隔開, 表面間的摩擦為流體分子間的內摩擦。 (2) 非流體潤滑軸承: 摩擦表面間為邊界潤滑或混合潤滑。 C. 按流體膜的形成原理分類 常見的滑動軸承有流體動壓潤滑軸承、 流體靜壓潤滑軸承和流體動靜壓潤滑軸承。,D. 按潤滑材料分類 常見的滑動軸承有液體潤滑軸承、 氣體潤滑軸承、 塑性體潤滑軸承、 固體潤滑軸承和自潤滑軸承。 和滾動軸承相比, 在某些工作條件下, 滑動軸承有著顯著的優(yōu)越性, 不能為滾動軸承所代替。,2 滑動軸承的類型 A. 按承受載荷方向分類 (1) 徑向軸承: 只承受徑向載荷。 (2) 推力軸承: 只承受軸向載荷。 (3) 組合軸承: 同時承受徑向載荷和軸向載荷。,整體式徑向軸承,二、 滑動軸承的結構與材料,1 滑動軸承的結構形式 滑動軸承一般由軸承座、 軸瓦、 潤滑裝置和密封裝置等組成。,A. 徑向滑動軸承 1) 整體式滑動軸承 下圖所示為典型的整體式滑動軸承, 由軸承座和軸瓦組成。 整體式滑動軸承結構簡單、 成本低、 但無法調節(jié)軸頸和軸承孔間的間隙, 當軸承磨損到一定程度時必須更換。 裝拆這種軸承時軸或軸承必須作軸向移動, 很不方便, 故多用于輕載、 低速、 間歇工作的簡單機械中, 其結構已標準化。,軸承模型,2) 剖分式滑動軸承 圖所示為典型的剖分式滑動軸承, 由軸承座、 軸承蓋、 對開軸瓦、螺栓等組成。軸瓦和軸承座均為剖分式結構, 在軸承蓋與軸承座的剖分面上制有階梯形定位口, 便于安裝時定心。 軸瓦直接支承軸頸, 因而軸承蓋應適度壓緊軸瓦, 以使軸瓦不能在軸承孔中轉動。 軸承蓋頂端制有螺紋孔, 以便安裝油杯或油管。,剖分式徑向軸承,模型,調心式徑向軸承,3) 調心式滑動軸承 調心式滑動軸承的軸瓦位置可以調整以適應軸頸, 從而避免軸瓦發(fā)生急劇磨損, 如下圖所示。,(a) 實心端面止推軸頸; (b) 空心端面止推軸頸; (c) 環(huán)狀軸頸; (d) 多環(huán)軸頸,B. 推力軸承 圖所示為常見的推力軸承, 其工作面有實心端面、 空心端面、 單環(huán)工作面和多環(huán)工作面。,2 滑動軸承軸瓦的結構形式 滑動軸承中的軸瓦結構有兩種形式, 一是整體式結構(見圖), 二是剖分式結構(見圖)。 對于大型軸瓦, 為節(jié)約貴重的減摩材料和便于修理, 常制成雙金屬軸瓦, 即以鋼、 鑄鐵或青銅做瓦背, 再在瓦背上澆鑄一薄層減摩材料(軸承襯)以提高軸瓦的工作性能。 金屬軸瓦一般是鑄造的, 在某些工業(yè)部門中, 由于生產批量較大, 常用附有薄層減摩材料的鋼帶(厚約1.52.5 mm)制成。 此外, 在瓦背上澆鑄軸承襯時, 為了使軸承襯貼附牢固, 應在瓦背上預制燕尾形或螺紋形溝槽, 如圖所示。,整體式軸瓦 (a) 無油溝軸套; (b) 有油溝軸套,整體式軸瓦 (a) 無油溝軸套; (b) 有油溝軸套,剖分式軸瓦,軸瓦瓦背溝槽形狀,軸瓦應開設供油孔及油溝, 以便潤滑油進入軸承并流到整個工作面上。 通常油溝的軸向長度約為軸瓦寬度的80%, 如圖所示, 以便在軸瓦兩端留出封油部分, 防止?jié)櫥偷牧魇А?軸瓦的油溝一般應開設在非壓力區(qū)或剖分面上。 滑動軸承殼體和軸瓦的結構尺寸, 可參看有關手冊、 圖冊中的經驗數(shù)據(jù)和公式， 并結合設計要求確定。,油溝的形式,3 軸承材料 常用的軸承材料有三類: (1) 金屬材料: 如軸承合金、 灰鑄鐵、 減摩鑄鐵等； (2) 金屬陶瓷: 如含油軸承； (3) 非金屬材料: 如酚醛塑料、 尼龍等。 常用軸瓦材料的性能及其應用見表（略）。,三、滑動軸承的潤滑,潤滑對減少滑動軸承的摩擦和磨損以及保證軸承正常工作具有重要意義。 它除了可以降低功耗外, 還具有冷卻、 防塵、 防銹和緩沖吸震等作用, 直接影響軸承的工作能力和使用壽命。 因此, 設計滑動軸承時, 必須注意合理選擇潤滑劑及潤滑裝置。,1 潤滑劑 常用的潤滑劑一般為潤滑油、 潤滑脂, 在特殊工況下, 還可采用固體潤滑劑及水和空氣等。 A. 潤滑油 潤滑油是最常用的潤滑劑, 有動、 植物油, 礦物油和合成油, 其中以礦物油應用最廣。 粘度是潤滑油最主要的性能指標。 粘度是潤滑油抵抗變形的能力, 表征液體流動的內摩擦性能, 粘度大的液體內摩擦阻力大, 承載后油不易被擠出, 有利于油膜形成。 通常粘度隨溫度升高而減低。 除粘度之外, 潤滑油的性能指標還有凝點、 閃點等。 選用潤滑油時, 通常以粘度為主要指標, 具體選用見表（略）。,2. 潤滑脂 潤滑脂是由潤滑油添加各種稠化劑(如鈣、 鈉、 鋁、 鋰等金屬皂)和穩(wěn)定劑而成的膏狀潤滑劑。 其特點是稠度大不易流失, 密封簡單, 不需經常添加, 但摩擦損耗大, 故高速不宜用。 按所用金屬皂的不同, 潤滑脂主要有: (1) 鈣基潤滑脂: 有較好的耐水性, 但不耐熱(使用溫度不超過60)； (2) 鈉基潤滑脂: 耐熱性較好(使用溫度可達115145), 但抗水性差； (3) 鋁基潤滑脂: 具有良好的抗水性； (4) 鋰基潤滑脂: 性能良好, 既耐水又耐熱, 在-20150范圍內廣泛應用。,常用潤滑脂的主要性能和用途,軸承是支承軸及軸上零件的重要零件, 主要用來減輕軸與支承間的摩擦與磨損, 并保持軸的回轉精度和安裝位置。 軸承根據(jù)工作的摩擦性質, 可分為滑動摩擦軸承(簡稱滑動軸承)和滾動摩擦軸承(簡稱滾動軸承)兩類。 滾動軸承具有摩擦系數(shù)小， 已標準化, 設計、 使用、 潤滑、 維護方便等一系列優(yōu)點, 因此在一般機械中廣泛應用。 滾動軸承是標準化產品, 在一般機械設計中主要是根據(jù)具體的載荷、 轉速、 旋轉精度和工作條件等要求, 選擇類型和尺寸合適的滾動軸承, 并進行軸承的組合設計。,四、 滾動軸承,（一）、 滾動軸承的結構 滾動軸承的典型結構如圖所示, 通常由外圈1、 內圈2、 滾動體3和保持架4組成。 內圈裝在軸頸上, 外圈裝在軸承座孔內, 多數(shù)情況下內圈與軸一起轉動, 外圈保持不動。 工作時, 滾動體在內外圈間滾動, 保持架將滾動體均勻地隔開, 以減少滾動體之間的摩擦和磨損。,滾動軸承的構造,實物,滾動體的種類,滾動體有球、 圓錐滾子、 圓柱滾子、 鼓形滾子和滾針等幾種形狀, 如圖所示。 滾動軸承的內、 外圈和滾動體采用強度高、 耐磨性好的含鉻合金鋼制造, 保持架多用軟鋼沖壓而成, 也有采用銅合金或塑料保持架的。,實物,（二）、 滾動軸承的類型 滾動軸承中, 滾動體與外圈接觸處的法線與垂直于軸承軸心線的徑向平面之間的夾角稱為接觸角, 如圖所示， 它是滾動軸承的一個重要參數(shù)。 1. 按滾動軸承承載方向分類 (1) 向心軸承： 主要承受或只承受徑向載荷, 其接觸角為045； (2) 推力軸承： 主要承受或只承受軸向載荷, 其接觸角為4590。,滾動軸承的接觸角,2. 按滾動軸承滾動體形狀分類 滾動軸承可分為球軸承和滾子軸承， 而滾子軸承又分為圓錐滾子軸承、 圓柱滾子軸承等。 3. 按滾動軸承工作時能否調心分類 滾動軸承可分為剛性軸承和調心軸承。 常用滾動軸承的主要類型、 尺寸系列代號及性能特點見表。,常用滾動軸承的主要類型、尺寸系列代號及性能特點（略）,五、滾動軸承的代號及選用,1 滾動軸承的代號 由于滾動軸承已標準化, 為了便于生產和使用, 國家有關標準規(guī)定了滾動軸承的代號。 代號的構成情況見表。,A. 基本代號 國家標準規(guī)定, 滾動軸承的基本代號由三部分構成， 如圖 所示。 (1) 內徑代號： 用自右至左第1、 2位數(shù)字表示， 表示方法見表 。,滾動軸承的基本代號,常用軸承的內徑代號,向心軸承和推力軸承的常用尺寸系列代號,(2) 直徑系列代號: 即結構相同、 內徑相同的軸承在外徑和寬度方面的變化系列, 用右起第3位數(shù)字表示。 直徑系列代號見表 。 各系列之間的尺寸對比如圖 所示。 ,直徑系列對比,(3) 寬(高)度系列: 即結構、 內徑和直徑都相等的軸承, 在寬度方面的變化系列, 用右起第4位數(shù)字表示。 向心軸承和推力軸承的寬度系列代號見表 。 寬度系列為0系列時, 多數(shù)軸承此代號不標出(調心滾子軸承、 圓錐滾子軸承除外)。 (4) 類型代號: 軸承類型代號用數(shù)字或字母表示, 見表 。 圓柱滾子軸承、 滾針軸承分別用N、 NA表示, 其余都為數(shù)字表示。 用字母表示時, 類型代號與右邊的數(shù)字代號之間空半個漢字的寬度。,1 3 5 6 7N,調心球軸承,圓錐滾子軸承,推力球軸承,深溝球軸承,角接觸球軸承,圓柱滾子軸承,B. 前置、 后置代號 前置、 后置代號是軸承在結構形式、 尺寸、 公差、 技術要求等有改變時, 在其基本代號前后添加的補充代號。 (1) 前置代號: 前置代號用字母表示, 如圓柱滾子軸承代號LN207中的L表示可分離軸承的內圈或外圈。 (2) 后置代號: 后置代號用字母和數(shù)字表示軸承的結構、 公差及材料的特殊要求等內容, 與左邊的基本代號空半個漢字(代號中有“”、 “/”符號的除外)。 后置代號中部分軸承內部結構的代號見表 。,部分軸承內部結構的代號,例 ：說明滾動軸承代號7208 AC和6308/P63的意義。 解 (1),（二）、 滾動軸承類型的選擇 在設計滾動軸承時, 首先遇到的問題是選擇適當?shù)妮S承類型。 我國常用各類軸承的基本特點已在表中列出, 選擇軸承類型時, 除根據(jù)經驗選型并參照類似機器中的軸承外,應參考以下主要因素。,1. 載荷條件 軸承所承受載荷的大小、 方向和性質是選擇軸承類型的主要依據(jù)。 (1) 載荷的方向: 當軸承承受純軸向載荷時, 選用推力軸承； 主要受徑向載荷時, 選用向心球軸承； 同時承受徑向載荷和軸向載荷時, 可選用角接觸球軸承。,(2) 載荷大?。涸谄渌麠l件相同的情況下, 滾子軸承一般比球軸承的承載能力大。 因此承受較大載荷時, 應選用滾子軸承。 (3) 載荷性質: 當載荷平穩(wěn)時, 可選用球軸承； 有沖擊和振動時, 應選用 滾子軸承。,2. 轉速條件 滾動軸承在一定的載荷和潤滑條件下允許的最高轉速稱為極限轉速。 球軸承比滾子軸承有更高的極限轉速。 高速或要求旋轉精度高時, 應優(yōu)先選用球軸承。 3. 調心性質 軸承內外圈軸線間的角偏差應控制在極限值內(參見表), 否則會增加軸承的附加載荷而使其壽命降低。 當角偏差值較大時, 應選用調心軸承。,4. 安裝和調整性能 安裝和調整也是選擇軸承主要考慮的因素。 例如, 當安裝尺寸受到限制, 必須要減小軸承徑向尺寸時, 宜選用輕系列和特輕系列的軸承或滾針軸承； 當軸向尺寸受到限制時, 宜選用窄系列的軸承； 當軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時, 應優(yōu)先選用內外圈可分離的軸承。,5. 經濟性 在滿足使用要求的情況下, 盡量選用價格低廉的軸承, 以降低成本。 一般普通結構的軸承比特殊結構的軸承便宜, 球軸承比滾子軸承便宜, 精度低的軸承比精度高的軸承便宜。,六、滾動軸承的壽命計算,（一） 滾動軸承工作分析 1. 運動分析 滾動軸承內外圈間有相對運動, 滾動體既有自轉又圍繞軸承中心公轉。 2. 受力分析 在相同的徑向載荷作用下, 向心軸承與角接觸軸承的受力是不同的。,（二）失效形式與設計準則 在滾動軸承運轉過程中, 如出現(xiàn)異常發(fā)熱、 噪音和振動時, 則軸承元件可能趨于失效。 常見的滾動軸承失效形式有如下幾種。 1. 疲勞點蝕 對于一般長期使用的滾動軸承, 滾動體和內、 外圈在載荷作用下, 表面間有極大的循環(huán)接觸應力, 從而使軸承的工作表面(滾動體和內、 外圈滾道表面)發(fā)生疲勞點蝕(麻點), 嚴重時會使表層金屬成片剝落, 形成凹坑, 以致失去正常工作能力。 對于以疲勞點蝕為主要失效形式的軸承, 應進行軸承的壽命計算。,2. 塑性變形 對于極低速或緩慢擺動條件下工作的滾動軸承, 一般不會出現(xiàn)疲勞點蝕。 但當載荷很大, 滾動體和滾道接觸處的局部應力超過材料的屈服極限時, 會使軸承的工作表面發(fā)生永久的塑性變形, 從而使軸承不能繼續(xù)使用。 當硬顆粒從外界進入軸承的滾道與滾動體之間時, 硬顆粒會在滾道表面形成壓痕, 亦是一種塑性變形。 3. 磨損與膠合 如果潤滑及密封不良, 則會引起軸承摩擦表面的磨損。 速度過高且散熱不良時會出現(xiàn)膠合。 此類失效形式除要進行壽命計算外, 還應驗算極限速度。,（三） 滾動軸承的壽命計算 1. 軸承壽命、 軸承基本額定壽命及基本額定動載荷 1) 軸承壽命 滾動軸承在任一元件首次出現(xiàn)點蝕破壞前的總轉數(shù)或一定轉速下的工作小時數(shù)稱為軸承壽命。,2) 軸承基本額定壽命 實驗證明, 軸承的疲勞壽命是相當離散的, 即使同一批生產的同一型號的軸承, 在完全相同的工作條件下, 它們的壽命也不一樣, 最高壽命與最低壽命可相差2040倍。 對于同型號的一批軸承的壽命, 既不以最低壽命為標準, 也不以最高壽命為標準, 而是將這批軸承放在相同的條件下運轉, 以其中10%的軸承發(fā)生疲勞點蝕, 90%的軸承不發(fā)生疲勞點蝕前的總轉數(shù)或工作小時數(shù)作為該型號軸承的壽命, 稱為基本額定壽命, 用L10來表示, 單位為106 r(106轉)。,3) 軸承的基本額定動載荷 對于相同型號的軸承, 其基本額定壽命與載荷大小有關。 載荷越大, 壽命越短； 反之, 載荷越小, 壽命越長。 標準中規(guī)定, 將基本額定壽命為10 6轉(10 6 r)、 可靠度為90%時的軸承載荷, 稱為基本額定動載荷, 以C表示, 即圖中的C值。 在基本額定動載荷C作用下, 滾動軸承可以工作10 6 r而不發(fā)生點蝕失效的軸承壽命可靠度為90%。 軸承的基本額定動載荷C值越大, 該軸承的抗疲勞點蝕的能力越強。 在軸承樣本中可查到各類型軸承的基本額定動載荷C值。,2. 軸承的當量動載荷 滾動軸承的基本額定動載荷C, 對于向心軸承指純徑向載荷Cr； 對于推力軸承則指的是軸向載荷Ca。 而軸承工作時往往同時承受徑向載荷和軸向載荷, 為了和基本額定動載荷在相同條件下比較, 進行壽命計算需將實際載荷換算為一假定的載荷, 此假定載荷稱為當量動載荷, 用符號P表示。 對向心軸承, P為一假定的徑向載荷； 對于推力軸承, P則為一假定的軸向載荷。 軸承在當量動載荷作用下, 其壽命與實際載荷作用下的壽命相同。,載 荷 系 數(shù) fp,3. 軸承壽命的計算 滾動軸承的載荷與壽命之間的關系曲線如圖所示。 其曲線方程為 PL10=常數(shù) 式中, P為當量動載荷, 單位為N； L10為基本額定壽命, 單位為 10 6 r； 為壽命指數(shù), 球軸承=3， 滾子軸承=10/3。,當L10=1(即10 6轉)時, 軸承當量動載荷就是軸承的基本額定動載荷C, 即P=C, 則有 PL10=C1=常數(shù) 因此,為使用方便, 用給定轉速n(r/min)下的工作小時數(shù)Lh來表示軸承的基本額定壽命, 則有,當預期壽命Lh已給定, 則需軸承應具有的基本額定 動載荷C, 可根據(jù)式 計算得出,當軸承溫度高于120時, 基本額定動載荷C值將降低, 需引入溫度系數(shù)(見表)加以修正, 此時軸承的基本額定壽命公式為,溫 度 系 數(shù) ft,由計算的軸承壽命Lh應大于軸承設計的預期壽命。 當計算的軸承壽命達不到預期壽命時, 則應重新選擇軸承型號, 重新計算。 一般可以將機器中修或大修的年限作為軸承的預期壽命。 預期壽命通?？扇?00020 000 h, 表的推薦值可供設計時參考。,軸承預期壽命推薦值,一、聯(lián)軸器的類型、結構和特性,機械式聯(lián)軸器、液力聯(lián)軸器、電磁式聯(lián)軸器,機械式聯(lián)軸器：,1、剛性聯(lián)軸器,聯(lián)軸器：主要用作軸與軸之間的聯(lián)接，以傳遞運動和轉矩。,9.3 聯(lián)軸器,1）剛性固定式聯(lián)軸器:要求被聯(lián)接兩軸軸線嚴格對中,套筒聯(lián)軸器,凸緣聯(lián)軸器,對兩軸對中性的要求很高,結構簡單、成本低、傳遞轉矩大應用最廣。,凸緣聯(lián)軸器,夾殼式聯(lián)軸器,主要優(yōu)點：結構簡單、價格較低。 缺點：1）無法補償兩軸偏斜和位移，對 兩軸的對中性要求較高。 2）聯(lián)軸器中都是剛性零件，缺乏 緩沖、吸振能力。應用時若兩 軸偏斜時將引起附加應力，使 軸、軸承和軸上零件工作條件 惡化。,2）剛性可移式聯(lián)軸器:可以通過兩半聯(lián)軸器間的相對運動來補償被聯(lián)接兩軸的相對位移。,十字滑塊聯(lián)軸器,萬向聯(lián)軸器,齒輪聯(lián)軸器,2、彈性聯(lián)軸器:彈性聯(lián)軸器包含有彈性元件，不僅具有吸收振動和緩解沖擊的能力，而且能夠通過彈性元件的變形來補償兩軸的相對位移。,1）彈性套柱銷聯(lián)軸器,結構簡單,制造容易,裝拆方便,成本較低。適用于轉矩小、轉速高、頻繁正反轉、需要緩和沖擊的地方。,2）彈性柱銷聯(lián)軸器,3）輪胎聯(lián)軸器,4）星形彈性件聯(lián)軸器,彈性聯(lián)軸器具有以下特點： 1）具有彈性滯后特性，緩沖、吸振性好； 2）結構簡單，價格便宜。 但聯(lián)軸器強度低、壽命較短。,二、聯(lián)軸器的選擇,1）傳遞載荷的大小、性質及對緩沖功能的要求。 載荷平穩(wěn)、傳遞轉矩大、同軸度好，無相對位移的選用剛性聯(lián)軸器。 載荷變化大，要求緩沖、吸振或同軸度不易保證時應選用彈性聯(lián)軸器。 2）工作轉速的高低與正、反轉變化多的要求。 高速運轉的軸應選動平衡精度較高的聯(lián)軸器；動載荷大的機器選用重量輕、轉動慣量小的聯(lián)軸器；正、反轉變化多，啟動頻繁，有較大沖擊載荷，安裝不易對中的場合考慮采用可移式剛性聯(lián)軸器。,3）連接兩軸相對位移的大小。 安裝調整后難以保證兩軸精確對中，或工作中有較大位移量的兩軸連接，要選用彈性聯(lián)軸器。,三、聯(lián)軸器的選擇方法和步驟,1）選擇聯(lián)軸器的類型，確定聯(lián)軸器的型號、尺寸 保證聯(lián)軸器的計算轉矩,2）校核最大轉速,3）調整軸孔直徑尺寸和形狀 4）進行必要的校核,思考題,1軸常用什么材料制造？ 2常見的軸上零件固定方法有哪些 ？ 3怎樣確定軸的最小直徑？為什么轉軸都設計成階梯軸？ 4常見軸承類型？ 5深溝球軸承、圓錐滾子軸承識別。 6什么是聯(lián)軸器？有什么作用？ 7. 聯(lián)軸器有哪些類型？,