轴承分类及使用讲义PPT幻灯片.ppt

第17章轴承 17 1滑动轴承的类型 结构及润滑 17 2滚动轴承的类型 结构及代号 17 3滚动轴承的选择计算 17 5滚动轴承的组合设计 17 4滚动轴承的润滑和密封 1 支承轴及轴上零件 并保持轴的旋转精度 2 减少转轴与支承之间的摩擦和磨损 分类 滚动轴承 轴承的功用 滑动轴承 应用实例 汽轮机 离心式压缩机 内燃机 大型电机 水泥搅拌机 滚筒清砂机 破碎机等机械常采用滑动轴承 一 向心滑动轴承 组成 轴承座 轴套或轴瓦 联接螺栓等 17 1滑动轴承的类型 结构及润滑 整体式向心滑动轴承 剖分式向心滑动轴承 螺纹孔 轴承座 轴承 轴承座 轴承盖 联接螺栓 剖分轴瓦 薄壁轴瓦 轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟 以利于润滑油均匀分布在整个轴径上 进油孔 油沟 厚壁轴瓦 整体轴套 卷制轴套 轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直 载荷倾斜时结构如图 大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式 既有利于形成动压油膜 又起冷却作用 油沟形式 宽径比B d 轴瓦宽度与轴径直径之比 重要参数 液体润滑摩擦的滑动轴承 B d 0 5 1 非液体润滑摩擦的滑动轴承 B d 0 8 1 5 作用 用来承受轴向载荷 二 推力滑动轴承 结构特点 在轴的端面 轴肩或安装圆盘做成止推面 在止推环形面上 分布有若干有楔角的扇形快 其数量一般为6 12 倾角固定 顶部预留平台 类型 固定式 可倾式 用来承受停车后的载荷 倾角随载荷 转速自行调整 性能好 巴氏合金 润滑剂和润滑装置 一 润滑剂 作用 降低摩擦功耗 减少磨损 冷却 吸振 防锈等 分类 液体润滑剂 润滑油 半固体润滑剂 润滑脂 固体润滑剂 1 润滑油 在用的大部分润滑油为矿物油 石油 粘度 重要参数 在轴承中 润滑油最重要的物理参数是粘度 它是选择润滑油的主要依据 粘度表征液体流动的内摩擦特性 A B两板之间充满了液体 B板静止 A板水平移动速度为v 由于液体与金属表面的吸附作用 A板表面的液体速度为v 而B板表面的液体速度为0 两板之间的速度呈线性分布 液体层与层之间摩擦切应力 牛顿液体流动定律 液体的动力粘度 简称粘度 量纲 力 时间 长度2 单位 N s m2 Pa s 或泊 1P 1dyn s cm2 运动粘度 单位 m2 s 或斯St cm2 s 或厘斯cSt 1St 100cSt 实验结果 分析位置y处薄层的受力 我国石油产品是用运动粘度标定的 2 润滑脂 润滑油的特性 1 温度t 2 压力p 选用原则 1 载荷大 温度高的轴承 宜选用粘度大的油 2 载荷小 转速高的轴承 宜选用粘度小的油 润滑油与各种稠化剂 钙 钠 铝 锂等金属皂 混合稠化而成 优点 密封简单 不需要经常添加 不易流失 对速度和温度不敏感 适用范围广 但p 10Mpa时可忽略 变化很小 粘 温图 L TSA32 L TSA32 L TSA32 L TSA32 3 固体润滑剂 缺点 摩擦损耗较大 机械效率低 不适宜高速场合 目前使用最多的是钙基脂 有耐水性 常用于60 以下的各种机械设备的轴承 聚氟乙烯树脂 用于润滑油不能胜任工作的场合 高温 低速重载 石墨 二流化钼 MoS2 性能稳定 t 350 才开始氧化 可在水中工作 摩擦系数低 使用温度范围广 60 300 但遇水性能下降 摩擦系数低 只有石墨的一半 使用方式 1 调和在润滑油中 2 涂覆 烧结在摩擦表面形成覆盖膜 3 混入金属或塑料粉末中烧结成型 其应用日渐广泛 二 润滑装置 1 油杯 针阀式油杯 旋盖式油杯脂用 压注式油杯 弹簧盖油杯 2 油环 滚动轴承的 17 2滚动轴承的结构 类型和代号 各零件的作用 外圈 支撑零件或轴系 保持架 将滚动体分开 内圈 支撑轴 滚动体 滑动 滚动 硬度和接触疲劳强度 耐磨性和冲击韧性 用含铬合金钢制造 经热处理后硬度达 61 65HRC 工作表面需经磨削或抛光 保持架 低碳钢 冲压制成高速轴承 有色金属或塑料 滚动轴承的组成 外圈 内圈 滚动体 保持架 内外圈上有滚道 当内外圈相对旋转时 滚动体将沿着滚道滚动 装在机座或零件轴孔内 滚动副的材料要求 优点 摩擦阻力小 启动灵敏 效率高 润滑简便 和易于互换等 缺点 抗冲击能力差 高速时出现噪音 滚动轴承按其承受载荷的方向 接触角 和滚动体的形状分类 接触角 滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角 接触角 轴向承载能力 0 它是滚动轴承的一个重要参数 轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关 轴承类型 按载荷方向分 按滚动体形状分 向心轴承 推力轴承 圆柱滚子 圆锥滚子 球面滚子 滚针 球轴承 滚子轴承 分类 调心滚子轴承20000C 低 0 5 2 比10000小 能承受很大的径向载荷和少量轴向载荷 承载能力大 具有调性能 圆锥滚子轴承30000 中 2 能同时承受较大的径向 轴向联合载荷 因线性接触 承载能力大 内外圈可分离 装拆方便 称对使用 推力球轴承50000 低 不允许 只能承受轴向载荷 且作用线必需与轴线重合 分为单 双向两种 高速时 因滚动体离心力大 球与保持架摩擦发热严重 寿命较低 可用于轴向载荷大 转速不高之处 a 单向 推力球轴承50000 低 不允许 只能承受轴向载荷 且作用线必需与轴线重合 分为单 双向两种 高速时 因滚动体离心力大 球与保持架摩擦发热严重 寿命较低 可用于轴向载荷大 转速不高之处 深沟球轴承60000 高 8 16 能同时承受较大的径向 轴向联合载荷 因线性接触 承载能力大 内外圈可分离 装拆方便 称对使用 角接触球轴承70000C 15 70000AC 25 70000B 40 较高 2 10 能同时承受较大的径向 轴向联合载荷 大 承载能力越大 有三种规格 称对使用 1 承载能力 承受径向载荷为主 几点说明 由于结构不同 各类轴承的使用性能也不相同 现说明如下 滚子轴承 1 5 3 球轴承在同样的外形尺寸下 2 极限转速 当d 20mm时 两者承载能力接近 宜采用球轴承 因滚子轴承贵角接触球轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷 0 45 45 90 承受轴向载荷为主 0 90 滚动体为滚子 则只能承受径向载荷 若滚动体为球 可承受一定的轴向载荷 只能承受轴向载荷 转速过高 温度 润滑失效 滚动体回火或胶合破坏 极限转速 滚动轴承在一定载荷与润滑条件下 允许的最高转速 3 角偏差 影响轴承正常运转 角偏差 可采用调心轴承 滚针轴承对轴线倾斜最敏感 应紧可能避免在轴线有倾斜的情况下使用 轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜 其倾斜角称为角偏差 滚动轴承的类型很多 而各类轴承又有不同的结构 尺寸 公差等级 技术要求等 为便于组织生产和选用 规定了滚动轴承的代号 滚动轴承的代号 宽 高 度系列代号 直径系列代号 类型代号 尺寸系列代号 2 基本代号 表示轴承的基本类型 结构和尺寸 类型代号 左起第一位 为0 双列角接触球轴承 则省略 是轴承代号的基础 有三项 成套轴承分部件代号 1 前置代号 成套轴承分部件代号 推力球轴承50000 滚针轴承a NA0000b RNA0000 内径相同 而直径系列代号不同的四种轴承的比较 尺寸系列代号 左起第二 三位 内径代号 基本代号左起第四 五位 3 后置代号 用字母 或加数字 表示 注 公差等级中0级最低 向右依次增高 2级最高 实例 说明滚动轴承62203和7312AC P6的含义 62203 7 0 312AC P6 17 3滚动轴承的选择计算 一 滚动体的受力分析 二 失效形式 受纯径向载荷Fr时 上半圈滚动体不受力 下半圈各滚动体受力大小方向均不同 可以导出 z为滚动体的总数 疲劳破坏 永久变形 工作过程中 滚动体相对内外圈不断转动 因此滚动体和滚道接触表面受脉动循环变应力 产生疲劳点蚀 当轴承转速很低或间歇摆动时 不会产生疲劳损坏 但很大的静载荷或冲击载荷作用下 会使滚道和滚动体产生永久变形 从而使轴承在运转过程中产生剧烈振动和噪音而失效 早期磨损 胶合 内外圈和保持架破裂 维护保养不当而造成 所有水平分力相互抵销 铅垂分力与外载荷平衡 受纯轴向载荷时 各滚动体受力相同 对一组同一型号的轴承 由于材料 热处理和工艺等很多随机因素的影响 即使在相同条件下运转 寿命也不一样 有的甚至相差几十倍 因此 对一个具体的轴承 很难预知其确切的寿命 实验表明 寿命与可靠性有关 如图 三 轴承寿命 定义 轴承在一定转速下 其中任何零件出现疲劳扩展迹象之前的工作小时数称为 可靠度 一组相同轴承能达到或超过规定寿命的百分比 基本额定寿命 一组同一型号轴承 在同一运转条件下 其可靠度R为90 时 能达到或超过的寿命L Lh 在到达额定寿命时 有90 的轴承没坏 只损坏了10 对于单个轴承而言 其损坏的可能性只有90 单位为百万转106r 或小时 换句话说 基本额定动载荷 当一套轴承运转达到一百万转时 轴承所能承受的载荷C 向心轴承记为 Cr 可查表 推力轴承记为 Ca 寿命为1百万转时 可靠度为90 寿命为5百万转时 可靠度只有50 轴承寿命 大量试验得如下关系 寿命指数 球轴承 滚子轴承 用小时表示 P 当量动载荷 当t 100 时 C 引进温度系数ft进行修正 一恒定径向 或轴向 载荷 在该载荷作用下 滚动轴承具有与实际载荷作用下的寿命 修正结果 工作中冲击振动 C 引进载荷系数fP进行修正 短时间或间断使用 中断时不致引起严重后果4000 8000 间断使用 中断时会引起严重后果8000 12000 每天8h工作的机械12000 20000 每天24h连续工作的机械40000 60000 四 当量动载荷的计算 滚动轴承的基本动载荷是在一定的实验条件下确定的 对于向心轴承是指轴承承受纯径向载荷 对于推力轴承是指承受中心轴向载荷 实际情况可能既受径向载荷又有轴向载荷 则必须将实际载荷换算成与实验条件相同的载荷后 才能和基本额定动载荷进行比较 换算后的载荷是一种假定载荷 称为当量载荷 含义 当量动载荷是一种考虑径向载荷与轴向载荷双重影响 经换算后的假想载荷 其效果与某一个基本额定动载荷相当 计算公式 P XFr YFa X 径向动载荷系数 Y 轴向动载荷系数 向心轴承 P Fr 推力轴承 P Fa 查表16 12P260 五 角接触向心轴承轴向载荷的计算 受力分析 由于 的存在 即使在径向载荷的作用下 其接触力可分解为径向和轴向两个分量 Fi F i F i 总轴向力F F i 为使内部轴向力平衡 以免轴串动 这种轴承应 成对使用 对称安装 下面分两个轴承面对面或背对背安装两种情况进行详细分析 内部轴向力 F 的近似值可按如下近似公式计算 第i个滚动体 1 若FA F 2 F 1 压紧端 Fa1 FA F 2 放松端 Fa2 F 2 2 若FA F 2 F 1 放松端 Fa1 F 1 压紧端 Fa2 F 1 FA 外圈窄边相对安装 正装 结论 放松端轴承的轴向载荷 内部轴向力 压紧端轴承的轴向载荷 其余轴向力的代数和本身除外 轴承2 放松端 承受的轴向载荷 由于轴承1的右端已固定 轴不能向右移动 轴承1被压紧 由平衡条件得轴承1 压紧端 承受的轴向载荷 则轴承2被压紧 由平衡条件得 反装时选左边的轴承为1 右边的轴承为2 1 若FA F 2 F 1则有 结论与正装相同 压紧端 Fa1 FA F 2 放松端 Fa2 F 2 2 若FA F 2 F 1 则有 放松端 Fa1 F 1 压紧端 Fa2 F 1 FA 一 滚动轴承的润滑 润滑剂 润滑目的 减小摩擦 减轻磨损 吸振 降温 降噪 17 4滚动轴承的润滑和密封 密封目的 防止灰尘 水分进入轴承 阻止润滑剂流失 润滑脂 润滑油 固体润滑剂用于特殊场合 用速度因素dn值作为选择润滑剂的条件 常用 高速 高温 当dn 1 5 2 105mm r min时 采用脂润滑 否则用油润滑 脂润滑优点 不容易流失 便于密封和维护 充填一次 可运转较长时间 油润滑优点 摩擦阻力小 能散热 可在高速 高温环境下使用 dn间接反映了轴颈的圆周速度 二 滚动承的密封 润滑油的选择 润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度t来确定 滚动承的密封方式的选择与润滑的种类 工作环境 温度 密封表面的圆周速度有关 分类 接触式 非接触式 组合式密封 毛毡圈密封 密封圈密封 间隙密封 迷宫式密封 毛毡迷宫式密封 例如 dn 100000 t 90 可用110号润滑油 适用场合 脂润滑 要求环境清洁 轴颈圆周轴速度v 4 5m s 工作温度不超过90 矩形断面的毛毡圈被安装在梯形槽内 它对轴产生一定的压力而起到密封作用 适用场合 脂或油润滑 轴颈圆周轴速度v 4 5m s 工作温度 40 100 防漏油 防灰尘 密封唇朝外 主要目的是防灰尘 杂质 接触式密封 适用场合 脂润滑 要求环境干燥清洁 靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封 间隙愈小愈长 效果愈好 间隙取0 1 0 3mm 间隙封圈 0 1 0 3mm 非接触式密封 适用场合 脂润滑或油润滑 工作温度不高于密封用脂的滴点 密封效果可靠 图b为轴向曲路 因考虑到轴受热后会变长 间隙取 1 5 2mm 迷宫式封圈 0 1 0 2mm 1 5 2mm 将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫形式 并在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果 分为径向和轴向两种结构 适用场合 适用于脂润滑或油润滑 密封效果可靠 也可以把多种密封形式组合在一起 这是组合密封的一种型式 毛毡加迷宫 可充分发挥各自的优点 提高密封效果 组合密封的方式很多 不一一列举 组合式密封 17 5滚动轴承的组合设计 一 轴承类型的选择 1 无轴向载荷时 宜用深沟球轴承 如直齿轮轴 17 5滚动轴承的组合设计 一 轴承类型的选择 1 无轴向载荷时 宜用深沟球轴承 如直齿轮轴 2 径向与轴向载荷联合作用时 宜用角接触球轴承或圆锥滚子轴承 如斜齿轮轴 17 5滚动轴承的组合设计 一 轴承类型的选择 1 无轴向载荷时 宜用深沟球轴承 如直齿轮轴 2 径向与轴向载荷联合作用时 宜用角接触球轴承或圆锥滚子轴承 如斜齿轮轴 17 5滚动轴承的组合设计 一 轴承类型的选择 1 无轴向载荷时 宜用深沟球轴承 如直齿轮轴 2 径向与轴向载荷联合作用时 宜用角接触球轴承或圆锥滚子轴承 如斜齿轮轴 3 纯轴向载荷作用时 必须采用推力轴承 二 轴承的固定 固定方式 为了保证轴承在机器中正常工作 除合理选择轴承类型 尺寸外 还应正确进行轴承的组合设计 处理轴承与其周围零件的之间的关系 也就是要解决轴承的轴向位置固定 轴承与其它零件的配合 间隙调整 装拆和润滑