轴与轴承20141118

1、内容：内容：轴的功用轴的功用轴的常用材料、结构设计、强度设计轴的常用材料、结构设计、强度设计支承回转零件支承回转零件传递运动和动力传递运动和动力第第 十十 章章 轴和轴承轴和轴承1.1.按轴线的形状分按轴线的形状分一、分类一、分类挠性钢丝轴挠性钢丝轴第一节第一节 轴的分类轴的分类直轴直轴曲轴曲轴轴颈轴颈与轴承配合的轴段与轴承配合的轴段轴肩轴肩 支承传动零件、联轴器支承传动零件、联轴器等，并与这些零件保持一定等，并与这些零件保持一定的配合的轴段的配合的轴段轴身轴身联接轴头与轴径的轴段联接轴头与轴径的轴段轴头轴头按轴段所起的作用不同，阶梯轴的轴段可分为三类：按轴段所起的作用不同，阶梯轴的轴段可分为

2、三类：轴环轴环定位轴肩定位轴肩自由轴肩自由轴肩转动心轴转动心轴固定心轴固定心轴2.2.按承载情况分：按承载情况分： 转轴转轴扭矩和弯矩扭矩和弯矩 心轴心轴只受弯矩只受弯矩 传动轴传动轴主要受扭矩主要受扭矩 1.1.选材料选材料3.3.轴的结构设计轴的结构设计4.4.强度校核强度校核设计步骤：设计步骤：2.2.估算轴径估算轴径合理的结构、足够的强度合理的结构、足够的强度二、轴的设计要求和一般设计步二、轴的设计要求和一般设计步骤骤球墨铸铁球墨铸铁适用于曲轴、凸轮轴等形状复杂的轴适用于曲轴、凸轮轴等形状复杂的轴碳素钢碳素钢常用常用4545，正火调质，正火调质合金钢合金钢对应力集中较敏感。对应力集中较

3、敏感。 三、轴的材料及其选择三、轴的材料及其选择最小直径（根据材料力学）最小直径（根据材料力学）C C计算系数，见表计算系数，见表10-210-2P P传递的功率传递的功率n n工作转速工作转速T T轴传递的转矩轴传递的转矩 WtWt轴的抗扭截面系数轴的抗扭截面系数许用切应力）( 2 . 01055. 9161055. 93636TTTdnPdnPWT3 33 36 62 20 0101055559 9n nP P=C=Cn nP Pd dT T . . . 四、四、 轴的基本直径的估算轴的基本直径的估算第二节第二节 轴的设计轴的设计要求：要求： 轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置轴和轴上零

4、件要有准确、牢固的工作位置 轴上零件装拆、调整方便轴上零件装拆、调整方便 轴应具有良好的制造工艺性等轴应具有良好的制造工艺性等 尽量避免应力集中尽量避免应力集中 一、拟定轴上零件的装配方案一、拟定轴上零件的装配方案 原则：原则：1 1）轴的结构越简单越合理）轴的结构越简单越合理 2 2）装配越简单、方便越合理）装配越简单、方便越合理rCa要求：要求：b=1.4aa=(0.070.1)d二、轴上零件的定位二、轴上零件的定位1 1、零件的轴向定位、零件的轴向定位 轴肩和轴环轴肩和轴环 rRa套筒套筒 a aa aa aa aL = B-(13）mm轴套轴套L LB不宜用于高转速轴不宜用于高转速轴正

5、确正确轴端挡圈轴端挡圈错误错误1 1可承受较大轴向力可承受较大轴向力轴用圆螺母轴用圆螺母 L = B-(13）mm错误错误2 2弹性挡圈弹性挡圈对中性好，只用于轴端对中性好，只用于轴端轴向力小轴向力小常用于轴承的固定常用于轴承的固定7 7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销）锁紧挡圈、紧定螺钉或销 圆锥面（圆锥面（+ +挡圈、螺母）挡圈、螺母） 2 2、零件的周向定位、零件的周向定位 键键花键花键紧定螺钉、销紧定螺钉、销 (4)(4)过盈配合过盈配合3.3.多键槽开在同一直线上多键槽开在同一直线上2.2.越程槽、退刀槽越程槽、退刀槽1.1.轴的直径变化应尽可能少轴的直径变化应尽可能少三、轴的结构工艺性三、

6、轴的结构工艺性7.7.非定位轴肩的高度一般为：非定位轴肩的高度一般为：0.50.53 3mm9.9.固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度8.8.轴端应有倒角轴端应有倒角6.6.阶梯轴直径常为中间大两端小阶梯轴直径常为中间大两端小5.5.配合段直径取标准值配合段直径取标准值 4. 4.在可能情况下，应使过度圆角、倒角、键槽、越在可能情况下，应使过度圆角、倒角、键槽、越程槽、退刀槽、中心孔等尺寸分别相等，并符合标准。程槽、退刀槽、中心孔等尺寸分别相等，并符合标准。指出图中轴结构设计中的不合理之处，并绘出改进后指出图中轴结构设计中的不合理之处，并绘出改进后

7、的结构图的结构图2.2.齿轮右侧未作轴向固定齿轮右侧未作轴向固定1.1.轴两端均未倒角轴两端均未倒角7.7.轴端挡圈未直接压在轴轴端挡圈未直接压在轴端轮毂上端轮毂上6.6.齿轮与右轴承装卸不便齿轮与右轴承装卸不便3.3.齿轮处键槽太短齿轮处键槽太短4.4.键槽应开在同一条直线上键槽应开在同一条直线上5.5.左轴承无法拆卸左轴承无法拆卸轴系结构改错轴系结构改错四处错误四处错误正确答案正确答案三处错误三处错误两处错误两处错误1.1.左侧键太长，套筒无法装入左侧键太长，套筒无法装入2.2.多个键应位于同一母线上多个键应位于同一母线上轴 承1 轴承概述2 滚动轴承的结构、类型和代号3 滚动轴承类型的选

8、择 4 滚动轴承的工作能力计算5 滚动轴承的组合设计1 轴承的功用和类型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。根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。一、轴承应满足如下基本要求：轴承的分类根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。 (或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。n 一、轴承是用来支承轴的。 滚动轴承已经标准化，并由专门的轴承厂成批生产，在使用中只是根据载荷、转速、工作条件等方面的要求，正确地选择轴承的类型

9、。滚动轴承滚动轴承2 滚动轴承的组成、类型及特点滚动轴承的组成滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成。内圈装在轴径上，与轴一起转动。外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动。内外圈上设置有滚道，当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架使滚动体均匀分布在滚道上，减少滚动体之间的碰撞和磨损。21341234常见的滚动体有六种形状，一种是球形，五种是滚子。3 滚动轴承的组成、类型及特点组成：内圈 外圈 保持架 滚动体内圈:装在轴径上，与轴一起转动,过盈配合.外圈:装在机座的轴承孔内，一般不转动。1.滚动轴承的类型（1 1）按滚动体的形状分）按滚动体的形状分 可分为球轴承和滚子轴承两

10、大类 球轴承的滚动体是球形，承载能力和承受冲击能力小 滚子轴承的滚动体形状有圆柱滚子、圆锥滚子、鼓形滚子和滚针等（2）按滚动体的列数，滚动轴承又可分为单列、双列及多列滚动轴承（3）按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。调心轴承允许的偏位角大（4）按承受载荷方向不同，可分为向心轴承和推力轴承两类滚动轴承的特性和类型圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承滚针轴承滚针轴承角接触球轴承角接触球轴承滚动轴承的特性和类型1.滚动轴承的几个基本特性 （1）接触角 滚动轴承中滚动体与外圈接触处的法线和垂直于轴承轴心线平面的夹角，称为接触角。 越大，轴承承受轴向载荷的能力越大。滚动轴承的接触角（2）游隙 滚动体与内、外

11、圈滚道之间的最大间隙称为轴承 的游隙。如图将一套圈固定，另一套圈沿径向的最大移动量称为径向游隙，沿轴向的最大移动量称为轴向游隙（3）偏位角 轴承内、外圈轴线相对倾斜时所夹锐角，称为偏位角。能自动适应偏位角的轴承，称为调心轴承 （4）极限速度在一定的载荷和润滑的条件下，允许的最高转速。3 滚动轴承的代号6 (0) 3 07 滚动轴承的代号（GB/T2721993）轴承的内径为35mm直径系列为3（中）系列宽度系列为0（窄）不标深沟球轴承 滚动轴承的代号代号举例代号举例: 30210表示圆锥滚子轴承，宽度系列代号为0，直径系列代号为2，内径为50mm，公差等级为0级 LN207.P63表示圆柱滚子

12、轴承，外圈可分离，宽度系列代号为0（0在代号中省略），直径系列代号为2，内径为35mm，公差等级为6级，游隙为3组 载荷条件转速条件装调性能调心性能经济性轴承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据选择轴承类型时应注意其允许的极限转速nlim3类和N类的内外圈分离，便于拆装。为方便长轴上轴承的拆装，可选用代内锥孔和紧定套的轴承轴承内、外圈轴线间的偏位角应控制在极限之内，对安装精度差的轴承，宜选用调心轴承。在满足使用条件的情况下优先选用价格低廉的轴承。 4 滚动轴承类型的选择 三、三、 滚动轴承类型的选择滚动轴承类型的选择 1.1.轴承的载荷轴承的载荷 大小：滚子轴承优于球轴承 2.对轴

13、承的特殊要求- 调心轴承8162423 6 滚动轴承的组合设计滚动轴承的轴向固定滚动轴承的轴向固定两端单向固定一端双向固定、一端游动一端双向固定、一端游动 两端游动式两端游动式单个轴承的轴向定位与固定单个轴承的轴向定位与固定1.轴承间隙的调整 为保证轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的间隙或游隙。常用的调整轴承间隙的方法有 （1）靠增减端盖与箱体结合面间垫片的厚度进行调整 （2)利用端盖上的调节螺钉改变可调压盖及轴承外圈的轴向位置来实现调整，调整后用螺母锁紧防松。这种方式适于轴向力不太大的场合10.2 轴承组合的调整2.轴承组合位置的调整 轴承组合位置调整的目的，是使轴上的零件（如齿轮等）

14、处于准确的轴向工作位置。通常用垫片调整 为保证支承部分的刚度，轴承座孔壁应有足够的厚度，并设置加强肋以增强支承刚度。 10.3 支承部位的刚度和同轴度10.4 10.4 滚动轴承的配合滚动轴承的配合滚动轴承是标准件轴承内圈与轴的配合采用基孔制，一般选用m5 、 m6、n6 、p6轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。一般选用J7 、 K7、M7 、 H7（1）轴承的安装冷压法热套法（2）轴承的拆卸（2）轴承的拆卸采用专用工具或压力机拆卸轴承 为方便拆卸，轴上定位轴肩的高度应小于轴承内圈的高度。10.5 滚动轴承的安装与拆卸1.轴承的安装 2.轴承的拆卸10.5 滚动轴承的安装与拆卸轴承的安装与拆

15、卸轴承的安装与拆卸 结构设计错误示例结构设计错误示例 1.滚动轴承的润滑 滚动轴承润滑的主要目的是减少摩擦与磨损，同时也有吸振、冷却、防锈和密封等作用。 常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两种10.6 滚动轴承的润滑和密封10.6 滚动轴承的润滑和密封2.滚动轴承的密封 滚动轴承密封的作用是防止外界灰尘、水分等进入轴承，并阻止轴承内润滑剂流失。如图所示，共有6处错误。（1）轴肩高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸；（2）键过长，无法装配；（3）轴头长度太长（轮毂长度过短），轮毂定位不准确；（4）套筒高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸；（5）轴承处直径和套筒处直径一样，导致装配和加工难度增加;（6）没有

16、密封装置，导致润滑剂流失。习题12.4 滚动轴承的工作能力计算 1.滚动轴承的载荷分析 滚动体与旋转套圈受周期性变化的脉动循环接触应力作用，固定套圈上A点受最大的稳定脉动循环接触应力作用 （1）疲劳点蚀:滚动体和套圈滚道在脉动循环的接触应力作用下，当应力值或应力循环次数超过一定数值后，接触表面会出现接触疲劳点蚀 （2）塑性变形:在过大的静载荷或冲击载荷的作用下，套圈滚道或滚动体可能会发生塑性变形 （3）磨损:在润滑不良、密封不可靠及多尘的情况下，滚动体或套圈滚道易产生磨粒磨损，高速时会出现热胶合磨损，轴承过热还将导致滚动体回火 另外，滚动轴承由于配合、安装、拆卸及使用维护不当，还会引起轴承元件

17、破裂等其他形式的失效，也应采取相应的措施加以防止2.失效形式 （1）对于一般转速（nlim n10r.min）的轴承，疲劳点蚀为其主要的失效形式，应进行寿命计算。 （2）对于低速（n10r.min）重载或大冲击条件下工作的轴承，其主要失效形式为塑性变形，应进行静强度计算。 （3）对于高转速的轴承，除疲劳点蚀外，胶合、磨损也是重要的失效形式，因此除应进行寿命计算外，还要校验其极限转速。3.计算准则1.轴承寿命 在一定载荷作用下，滚动轴承运转到任一滚动体或套圈滚道上出现疲劳点蚀前，两套圈相对运转的总转数（圈数）或工作的小时数，称为轴承寿命2.基本额定寿命 一批相同的轴承，在同样的受力、转速等常规条

18、件下运转，其中有10%的轴承发生疲劳点蚀破坏（90%的轴承未出现点蚀破坏）时，一个轴承所转过的总转（圈）数或工作的小时数称为轴承的基本额定寿命。用符号L10 （106 r）或Lh（h）表示3.基本额定动载荷 基本额定动载荷是指基本额定寿命为L10 =106 r时，轴承所能承受的最大载荷，用字母C表示。 基本额定动载荷越大，其承载能力也越大。 12.4.2 基本额定寿命和基本额定动载荷 12.4.3 滚动轴承的寿命计算公式滚动轴承的基本额定寿命（以下简称为寿命）与承受的载荷有关 基本额定寿命基本额定寿命L10 与载荷与载荷P的关系曲线的关系曲线 轴承的基本额定动载荷C是在一定的试验条件下确定的，

19、对向心轴承是指纯径向载荷，对推力轴承是指纯轴向载荷。在进行寿命计算时，需将作用在轴承上的实际载荷Fr 、Fa 折算成与上述条件相当的载荷，即当量动载荷P。12.4.4 滚动轴承的当量动载荷计算1.角接触轴承的内部轴向力 角接触轴承存在着接触角，所以载荷作用线偏离轴承的宽度中心线，而与轴心线交于O点。 当受到径向载荷FR 作用时，作用在承载区内第i个滚动体上的法向力Fi 可分解为径向分力Fri 和轴向分力FSi 。各滚动体上所受轴向分力的总和即为轴承的内部轴向力FS 12.4.5 角接触轴承的轴向载荷 为了使角接触轴承能正常工作，一般这种轴承都要成对使用，并将两个轴承对称安装。2.角接触轴承轴向

20、力Fa 的计算为外圈窄边相对安装为外圈窄边相对安装两外圈宽边相对安装两外圈宽边相对安装12.4.6 滚动轴承的静强度计算1.基本额定静载荷C0 轴承两套圈间相对转速为零，使受最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值时的静载荷，称为滚动轴承的基本额定静载荷C0（向心轴承称为径向基本额定静载荷C0r ，推力球轴承称为轴向基本额定静载荷C0a ）2.当量静载荷P0 当量静载荷P0是指承受最大载荷滚动体与滚道接触中心处，引起与实际载荷条件下相当的接触应力时的假想静载荷。 其计算公式为 P0=X0 Fr +Y0 Fa 3.静强度计算 轴承的静强度计算式为 C0 S0P0 滑滑 动动 轴轴

21、承承12.1 滑动轴承概述滑动轴承原理及摩擦状态滑动轴承原理及摩擦状态 工作时轴承和轴颈的支承面间形成直接或间接接触摩擦的轴承，称为滑动轴承。 根据轴承所能承受的载荷方向不同，滑动轴承可分为向心滑动轴承和推力滑动轴承。向心滑动轴承用于承受径向载荷;推力滑动轴承用于承受轴向载荷12.1.1 滑动轴承的结构 是在机体上、箱体上或整体的轴承座上直接镗出轴承孔，并在孔内镶入轴套 优点:结构简单、成本低 缺点:轴颈只能从端部装入，安装和维修不便，而且轴承磨损后不能调整间隙，只能更换轴套1.整体式滑动轴承 在轴承座和轴承盖的剖分面上制有阶梯形的定位止口，便于安装时对心。还可在剖分面间放置调整垫片，以便安装

22、或磨损时调整轴承间隙。 这种轴承装拆方便，又能调整间隙，克服了整体式轴承的缺点，得到了广泛的应用。（2）剖分式滑动轴承（对开式滑动轴承）（3）调心式滑动轴承 当轴颈较宽（宽径比B.d1.5）、变形较大或不能保证两轴孔轴线重合时，将引起两端轴套严重磨损，这时就应采用调心式滑动轴承。 利用球面支承，自动调整轴套的位置，以适应轴的偏斜。（4）推力滑动轴承 推力滑动轴承用于承受轴向载荷。常见的推力轴颈形状 实心端面止推轴颈由于工作时轴心与边缘磨损不均匀，以致轴心部分压强极高，所以很少采用。 空心端面止推轴颈和环状轴颈工作情况较好。载荷较大时，可采用多环轴颈。12.1.2 轴瓦的结构和滑动轴承的材料 常用的轴瓦有整体式和剖分式两种结构。 整体式轴承采用整体式轴瓦，整体式轴瓦又称为轴套。 剖分式轴承采用剖分式轴瓦。 1.轴瓦的结构 轴瓦可以由一种材料制成，也可以在高强度材料的轴瓦基体上浇注一层或两层轴承合金作为轴承衬，称为双金属轴瓦或三金属轴瓦 为了使轴承衬与轴瓦基体结合牢固，可在轴瓦基体内表面或侧面制出沟槽，轴瓦材料油沟形式（非承载区）油沟形式（非承载区） 油孔和油