机械设计基础教学课件第五部分

1、两处错误两处错误1.左侧键太长，套筒左侧键太长，套筒无法装入无法装入2.多个键应位于同一多个键应位于同一母线上母线上请完成如图所示的轴系设计。请完成如图所示的轴系设计。请选择齿轮的装配方向请选择齿轮的装配方向一、轴的基本直径估算及各段直径和长度的确定一、轴的基本直径估算及各段直径和长度的确定 开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情况，无法确定开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及强度计算。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情

2、况对轴及强度计算。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算（然后按结构进行强度校核的直径进行估算（然后按结构进行强度校核) )。 1.选材并按扭转强度初步估算轴径：选材并按扭转强度初步估算轴径： 强度条件强度条件 639.55 100.2TTTPTnWd设计公式设计公式 36339.55 100.2TPPdAnn13133 3 轴的设计计算轴的设计计算放大轴径：一个键槽：放大轴径：一个键槽：35% 二个键槽：二个键槽：710% 轴上有键槽时：轴上有键槽时：取标准植取标准植用于：只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算用于：只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算 结构

3、设计前按扭矩初估轴的直径结构设计前按扭矩初估轴的直径d dmin dPnA 轴的直径，mm 轴传递的功率，KW 轴的转速，r/min 决定于材料的许用扭转剪应力的系数。通常A=110160,当材质好、弯矩较小、无冲击和过载时取小值；反之取大值。2、各轴段直径确定、各轴段直径确定 轴上螺纹及花键部分直径应符合相应标准轴上螺纹及花键部分直径应符合相应标准与标准零件相配合轴径应取标准植与标准零件相配合轴径应取标准植 (如轴承如轴承)3、各轴段长度、各轴段长度 转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙轴头长度比相应零件轮毂宽度小轴头长度比相应零件轮毂宽度小1-2mm

4、1-2mm 各轴段与其上相配合零件宽度相对应各轴段与其上相配合零件宽度相对应与一般零件配合部分直径应与配合零件孔一致，并取标准尺与一般零件配合部分直径应与配合零件孔一致，并取标准尺寸寸按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值 4、画出弯矩图扭矩图、画出弯矩图扭矩图2222133()()10.132vbMTMTMWdd设计公式：设计公式：310.1vbMd（mmmm）5、按第三强度理论求出当量弯矩并画出当量弯矩图、按第三强度理论求出当量弯矩并画出当量弯矩图 22()vMMT四、轴的设计步骤：四、轴的设计步骤：设计轴的一般步骤为：设计轴的一般步骤为：

5、（1 1）选择轴的材料）选择轴的材料 根据轴的工作要求，加工工艺性、经济性，选择合适的根据轴的工作要求，加工工艺性、经济性，选择合适的材料和热处理工艺。材料和热处理工艺。（2 2）初步确定轴的直径）初步确定轴的直径 按扭转强度计算公式，计算出轴的最细部分的直径按扭转强度计算公式，计算出轴的最细部分的直径。（3 3）轴的结构设计）轴的结构设计 要求：轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；要求：轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；轴上零件装拆、调整方便；轴应具有良好的制造工艺性等。尽量避免应力集轴上零件装拆、调整方便；轴应具有良好的制造工艺性等。尽量避免应力集中；根据轴上零件的结构特点，首先要预

6、定出主要零件的装配方向、顺序和相互中；根据轴上零件的结构特点，首先要预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系，它是轴进行结构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑几个方案，进行分关系，它是轴进行结构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑几个方案，进行分析比较后再选优。析比较后再选优。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）装配越简单越合理。）装配越简单越合理。（4 4）轴的强度设计）轴的强度设计1 1、作轴的空间受力简图（将分布看成集中力，）轴的支承看成简支梁，支点、作轴的空间受力简图（将分布看成集中力，）轴的支承看成简支梁，支点作用于轴承中点，将力分解为水平分力和垂

7、直分力作用于轴承中点，将力分解为水平分力和垂直分力2 2、求水平面支反力、求水平面支反力R RH1H1、R RH2H2作水平内弯矩图作水平内弯矩图3 3、求垂直平面内支反力、求垂直平面内支反力R RV1V1、R RV2V2，作垂直平面内的弯矩图，作垂直平面内的弯矩图4 4、作合成弯矩图、作合成弯矩图22VHMMM5 5、作扭矩图、作扭矩图T6 6、作当量弯矩图、作当量弯矩图22()vMMT为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数 与扭矩变化情况有关与扭矩变化情况有关 111bb 扭矩对称循环变化扭矩对称循环变化 = =6 . 001bb扭矩脉动循环变化扭矩脉动循环变化3

8、 . 011bb不变的扭矩不变的扭矩b1b0b17、校核、校核 危险截面轴的强度危险截面轴的强度13132vvbMMWd31 1.0beMd设计公式设计公式 8、校核轴的刚度、校核轴的刚度 yy; ; 。（需要刚度计算的轴类零件要进行刚度计算）（需要刚度计算的轴类零件要进行刚度计算）如果计算所得如果计算所得d大于轴的结构设计大于轴的结构设计d结构，则应重新设计轴结构，则应重新设计轴的结构。的结构。 见教材224页 例13-1例例13.1 13.1 图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带动带传动的简图。已知电动机功率为速器带动带传动的简图。已知电动机功率为

9、30KW,30KW,转速转速 n=970r/min,n=970r/min,减速器效率为减速器效率为0.920.92，传动比，传动比i=4,i=4,单向传动，从动齿轮分度圆直径单向传动，从动齿轮分度圆直径d d2 2=410mm,=410mm,轮轮毂长度毂长度105mm,105mm,采用深沟球轴承。试设计从动齿轮采用深沟球轴承。试设计从动齿轮轴的结构和尺寸。轴的结构和尺寸。 单级齿轮减速器简图单级齿轮减速器简图解：（解：（1 1）求输出轴的转速与输出功率。）求输出轴的转速与输出功率。 n n2 2=n=n1 1/i=970/4=242.5r/min/i=970/4=242.5r/min P P2

10、 2=0.92=0.92* *P P1 1=0.92=0.92* *30=27.6KW30=27.6KW （2 2）选择轴的材料和热处理方法。）选择轴的材料和热处理方法。 轴采用轴采用4545钢正火处理。查表钢正火处理。查表b b=600MP=600MPa a。 （3 3）估算轴的最小直径）估算轴的最小直径 (4)(4)轴的结构设计及绘制结构草图轴的结构设计及绘制结构草图(5)(5)按弯、扭组合作用验算轴的强度按弯、扭组合作用验算轴的强度(6)(6)键槽设计及其公差键槽设计及其公差(7)(7)确定轴的各处倒角、圆角，公差确定轴的各处倒角、圆角，公差(8)(8)绘制轴的工作图绘制轴的工作图轴毂联

11、接：实现轴和轴上零件周向固定的联接轴毂联接：实现轴和轴上零件周向固定的联接键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与摆动零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动成扭矩，摆动零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动成扭矩，而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。而导键、滑键、花键还可用作轴上移动的导向装置。 13134 4 轴毂联接轴毂联接 1 1、平键、平键 平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递

12、扭矩，故定上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。心性较好。 普通平键与轮毂上键槽的配合普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静联接。较紧，属静联接。导向平键和滑键与轮毂的键槽导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动联接。配合较松，属动联接。 根据用途，平键又可分为根据用途，平键又可分为 普通平键普通平键 导向平键导向平键 滑键滑键轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。轮毂上的键槽可用插削或拉削。一、键联接的类型特点和应用一、键联接的类型特点和应用 轴轴 键键 键键 槽槽公称直公称直径径 d公称公称尺寸

13、尺寸b*h公公称称尺尺寸寸b 宽宽 度度 b 宽宽 度度半径半径r 较松键联接较松键联接一般键联接一般键联接较紧键较紧键联接联接 轴轴t 毂毂t1 轴轴H9毂毂D10轴轴N9毂毂JS9轴和毂轴和毂 P9公称尺公称尺寸寸极限极限偏差偏差公称尺公称尺寸寸极限偏极限偏差差最最小小最最大大自自6-82*22+0.025 0+0.060 +0.020-0.004 -0.029+0.0125 -0.0125-0.006 -0.0311.2+0.1 01+0.1 0 0.080.168-103*331.81.410-124*44+0.030 0+0.078 +0.0300 -0.030+0.016 -0.0

14、16-0.012 -0.0422.51.812-175*553.02.30.160.2517-226*663.52.822-308*78+0.036 0+0.098 +0.0400 -0.036+0.018 -0.018-0.015 -0.0514.0+0.2 03.3+0.2 0 0.250.4030-3810*8105.03.338-4412*812+0.043 0+0.120 +0.0500 -0.043+0.0215 -0.0215-0.018 -0.0615.03.344-5014*9145.53.850-5816*10166.04.358-6518*11187.04.465-752

15、0*1220+0.052 0 +0.140 +0.0650 -0.052+0.026 -0.026-0.022 -0.0747.54.975-8522*14229.05.40.400.60平键联接的标准、尺寸和公差平键联接的标准、尺寸和公差 注：注：1 1、表中的基本尺寸系原标准中的公称尺寸。、表中的基本尺寸系原标准中的公称尺寸。 2 2、（、（d-td-t）和（）和（d+td+t）两组组合尺寸的偏差按相应的）两组组合尺寸的偏差按相应的t t和和t1t1偏差选取，但（偏差选取，但（d-td-t）偏差应取负号；）偏差应取负号； 3 3、键的长度系列：、键的长度系列：6 6、8 8、1010、12

16、12、1414、1515、1818、2020、2222、2525、2828、3232、3636、4040、4545、5151、5656、6363、7070、8080、9090、100100、 110110、125125、140140、160160、180180、200200、220220、250250、320320、360mm360mm。 4 4、普通平键标记示例：平头普通平键（、普通平键标记示例：平头普通平键（B B型）型）b=18mm,h=11mm,L=100mm,b=18mm,h=11mm,L=100mm,标记：键标记：键B18B18100 GB1096-79100 GB1096-79。

17、A A型的型的A A可可省去不写。省去不写。2 2半圆键联接半圆键联接 键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动，上的键槽中绕其圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形轴端渔轮故的联接。斜度，安装方便。常用与锥形轴端渔轮故的联接。4 4切向键切向键由两个斜度为由两个斜度为1:1001:100的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向的转矩，的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成传递双向转矩时，须用互成120120130130角的两个键。角的两个键。详细说明详细说明楔键的上、下表面

18、为工作面，两侧面楔键的上、下表面为工作面，两侧面为非工作面。键的上表面与键槽底面均有为非工作面。键的上表面与键槽底面均有1:100 1:100 的斜度。工作时，键的上下两工作的斜度。工作时，键的上下两工作面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧，靠面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压传递扭矩。其摩擦力和挤压传递扭矩。3 3楔键楔键联接联接详细说明详细说明详细说明详细说明1.1.尺寸选择：尺寸选择：1)1)根据键联接的工作要求和使用特点，选择平键的类型根据键联接的工作要求和使用特点，选择平键的类型2)2)按照轴的公称直径按照轴的公称直径d d，从国家标准中选择平键的尺寸，从国家标准中选择平

19、键的尺寸bXhbXh3)3)根据轮毂长度选择键长根据轮毂长度选择键长L:L:键的长度键的长度L L应略小于轮毂的长度应略小于轮毂的长度B B，L=B-(510)mmL=B-(510)mm。键长。键长L L应符合标准长度系列应符合标准长度系列二二. .平键联接的选择和计算平键联接的选择和计算2.2.强度计算：强度计算：1)1)失效形式：键与被联接件较弱工作面被压溃（一般没有剪切）失效形式：键与被联接件较弱工作面被压溃（一般没有剪切） 磨损（动联接）磨损（动联接）2)2)强度计算强度计算挤压强度条件：挤压强度条件：PPhldThldTAF42/2 pdhlTp4耐磨性计算：耐磨性计算：l:l:键的

20、工作长度：键的工作长度：A A型型 B B型型 C C型型 T-T-轴上传递的转矩（轴上传递的转矩（N.mmN.mm） d-d-轴的直径轴的直径(mm)(mm)h-h-键的高度键的高度 - -键、轴和轮毂中挤压强度最低的材料的许用应力键、轴和轮毂中挤压强度最低的材料的许用应力如果计算键的强度不够，在结构允许的条件下，可适当增加轮毂和键的长度如果计算键的强度不够，在结构允许的条件下，可适当增加轮毂和键的长度或间隔布置或间隔布置180180两个键。考虑到两个键的载荷分配不均匀性，在验算键的两个键。考虑到两个键的载荷分配不均匀性，在验算键的强度时只按强度时只按1 15 5个键计算。个键计算。P例例

21、选择如图所示的减速器输出轴与齿轮间的平键联接。已知传递选择如图所示的减速器输出轴与齿轮间的平键联接。已知传递的转矩的转矩=600N.m=600N.m，齿轮材料为铸钢，齿轮材料为铸钢， 载荷有轻微冲击。载荷有轻微冲击。 解：（解：（1 1）尺寸选择。由轴径）尺寸选择。由轴径d=75mmd=75mm及轮毂宽度及轮毂宽度80mm80mm，按表，按表6-2 6-2 选择选择A A型平键型平键b=20mm, h=12mm, L=70mm,b=20mm, h=12mm, L=70mm, 标记为：键标记为：键2020* *70GB1095-7970GB1095-79。 （2 2）强度验算。）强度验算。 （3

22、 3）键槽的尺寸公差）键槽的尺寸公差 例题 花键花键联接是将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的联接是将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的凹槽中所构成的联接。其工作面是键齿侧。凹槽中所构成的联接。其工作面是键齿侧。 花键联接是多齿传递载荷，故比平键联接的承载能力高，花键联接是多齿传递载荷，故比平键联接的承载能力高，定心性和导向性好，对轴的削弱小定心性和导向性好，对轴的削弱小( (齿浅、应力集中小齿浅、应力集中小) )； 花键联接一般用于定心精度要求高和载荷较大的地方。花键联接一般用于定心精度要求高和载荷较大的地方。 花键加工需用专门的设备和工具，成本较高。花键加工需用专门的设备和工具，成本较

23、高。 花键联接按齿形不同，可分为矩形花键和渐开线花键花键联接按齿形不同，可分为矩形花键和渐开线花键两类，且均已标准化。两类，且均已标准化。详细说明详细说明三三.花键联接的类型标准和选用花键联接的类型标准和选用第十四章第十四章 滚动轴承滚动轴承 轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损转轴与支承之间的摩擦和磨损, ,并承受载荷。并承受载荷。 根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承，如图所承和滚动摩

24、擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承，如图所示。示。 滚动轴承（向心轴承）滚动轴承（向心轴承）滚动轴承（推力轴承）滚动轴承（推力轴承）14141 1 滚动轴承的构造，类型及特点滚动轴承的构造，类型及特点一、滚动轴承的构造一、滚动轴承的构造 滚动轴承滚动轴承依靠滚动体与轴承座圈间的滚动接触来工作，依靠滚动体与轴承座圈间的滚动接触来工作，用于支撑旋转零件或摆动零件用于支撑旋转零件或摆动零件(各类滚动体)滚动轴承的材料滚动轴承的材料 滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用特殊轴承钢制造，劳强度、良好的耐磨

25、性和冲击韧性。一般用特殊轴承钢制造，常用材料有常用材料有GCrl5GCrl5、GCrl5SiMnGCrl5SiMn、GCr6GCr6、GCr9GCr9等，经热处理后等，经热处理后硬度可达硬度可达60-65HRC60-65HRC。滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，。滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。保持架多用低碳素钢板通过冲压成以提高其接触疲劳强度。保持架多用低碳素钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色金属或塑料等材料。形方法制造，也可采用有色金属或塑料等材料。 二、滚动轴承的类型与特点 1.1.调心球轴承调心球轴承10001000 2.2.调心滚子轴承调心滚子轴承2000

26、2000 3. 3.圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承3000 3000 4.4.双列深沟球轴承双列深沟球轴承40004000 5.5.推力球轴承推力球轴承50005000 6.6.深沟球轴承深沟球轴承60006000 7.7.角接触球轴承角接触球轴承70007000 8.8.推力圆柱滚子轴承推力圆柱滚子轴承800080009.9.圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承N N 滚子轴承承载能力高，极限转速低 球 轴承 承载能力低，极限转速高1、基本代号（见教材表、基本代号（见教材表14-2） （1）轴承类型）轴承类型 基本代号右起五位基本代号右起五位 轴承类型轴承类型代号代号轴承类型轴承类型代号代号双列角接触球轴承双

27、列角接触球轴承0 0深沟球轴承深沟球轴承6 6调心球轴承调心球轴承1 1角接触球轴承角接触球轴承7 7调心滚子轴承和推力调心滚子调心滚子轴承和推力调心滚子轴承轴承2 2推力圆柱滚子轴承推力圆柱滚子轴承8 8圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承3 3圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承N N双列深沟球轴承双列深沟球轴承4 4外球面球轴承外球面球轴承U U推力球轴承推力球轴承5 5四点接触球轴承四点接触球轴承QJQJ一、滚动轴承的代号一、滚动轴承的代号( (前置代号前置代号+ +基本代号基本代号+ +后置代号）后置代号）14142 2 滚动轴承的代号及类型选择滚动轴承的代号及类型选择宽度系列宽度系列右起第四位右起第四位

28、数字数字 0 9（2）尺寸系列（见教材表）尺寸系列（见教材表14-3） 基本代号右起三、四位基本代号右起三、四位 宽度系列在前，直径系列在后宽度系列在前，直径系列在后 8 0 1 2 3 4 5 6 7 9 1 28 0 1 2 3 4 5 6 7 9 1 2特窄特窄 窄窄 正常正常 宽宽 特宽特宽 特低特低 低低 正常正常 向心轴承宽度增加向心轴承宽度增加推力轴承高度增加推力轴承高度增加但对圆锥滚子轴承但对圆锥滚子轴承(3(3类类) )和调心滚子轴和调心滚子轴承承(2(2类类) )不能省略不能省略“0 0”。宽度系列代号：一般宽度系列代号：一般正常宽度为正常宽度为“0 0”，通，通常不标注。

29、常不标注。直径系列直径系列右起第三位右起第三位 数字数字 0 97 8 9 0 1 2 3 4 57 8 9 0 1 2 3 4 5 超轻超轻 特轻特轻 轻轻 中中 重重 特重特重直径增加直径增加（3）轴承的内径）轴承的内径右起一二位数字右起一二位数字 a) d=10, 12, 15, 17mm 时时 代号代号 00 01 02 03 b) d= 20 480mm 时时d=代号代号5(mm) c) d500mm，d=22，28，32mm 时时 代号代号 = 内径尺寸内径尺寸 直径代号直径代号 / 内径代号内径代号 6308：6深沟球轴承，深沟球轴承，3中系列，中系列，08 内径内径d=40mm

30、， 公差等级为公差等级为0级级N105/P5：7214AC/P4： 7角接触球轴承，角接触球轴承，2轻系列，轻系列，14内径内径d=70mm，公差等级为，公差等级为4级级30213：3圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承，2轻系列，轻系列，13内径内径d=65mm，0正常宽度正常宽度(0不可不可省略省略)6103： 6深沟球轴承，深沟球轴承，1特轻系列，特轻系列，03内径内径d=17mm，公差等级为，公差等级为0级级N圆柱滚子轴承，圆柱滚子轴承，1特轻系列，特轻系列，05内径内径d=20mm，公差等级为，公差等级为5级级滚动轴承的标记形式为：轴承 数字代号 国标代号滚动轴承的内径代号含义见下表滚动轴承的

31、内径代号含义见下表详见教材表14-41） n高，载荷小，旋转精度高高，载荷小，旋转精度高 球轴承球轴承 n低，载荷大，或冲击载荷低，载荷大，或冲击载荷 滚子轴承滚子轴承 2）主要受）主要受Fr 向心轴承（径向接触轴承）向心轴承（径向接触轴承）主要受主要受Fa，n不高时不高时推力轴承（轴向接触轴承）推力轴承（轴向接触轴承） n高时高时角接触球轴承或深沟球轴承角接触球轴承或深沟球轴承二二.滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择3）要求）要求nnlim极限转速极限转速 球轴承极限转速高球轴承极限转速高滚子轴承极限转速低滚子轴承极限转速低推力轴承极限转速低推力轴承极限转速低4）轴的刚性较差，轴承孔不同心

32、）轴的刚性较差，轴承孔不同心调心轴承调心轴承 5）便于装拆和间隙调整）便于装拆和间隙调整内、外圈不分离的轴承内、外圈不分离的轴承6）3、7两类轴承应成对使用，对称安装两类轴承应成对使用，对称安装7）旋转精度较高时）旋转精度较高时较高的公差等级和较小的游隙较高的公差等级和较小的游隙8）优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承）优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承9) 9) 要求支承刚度高时要求支承刚度高时滚子轴承滚子轴承 1、受力分析、受力分析 1)、受轴向载荷、受轴向载荷Fa 各滚动体平均分担各滚动体平均分担 2)、受径向载荷、受径向载荷Fr 上半圈滚动体不受力上半圈滚动体不受力下半圈滚动体受力下半圈

33、滚动体受力 一、滚动轴承失效形式及计算准则一、滚动轴承失效形式及计算准则 14143 3 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算2.主要失效形式： 1）疲劳点蚀 安装润滑和维护良好更多的失效2）塑性变形 转速很低或作间歇摆动 3）磨损润滑不良、密封不严、多尘条件 滚滚 动动 轴轴 承承 的的 失失 效效 形形 式式二、滚动轴承的寿命计算二、滚动轴承的寿命计算1 1、滚动轴承的基本额定寿命与可靠度、滚动轴承的基本额定寿命与可靠度（1 1）单个轴承的寿命：轴承中任一元件首次出现疲劳点蚀前轴）单个轴承的寿命：轴承中任一元件首次出现疲劳点蚀前轴承所经历的总转数，或恒定转速下的总工作小时数。滚动轴承承所经

34、历的总转数，或恒定转速下的总工作小时数。滚动轴承的寿命的离散性很大。的寿命的离散性很大。（2 2）一批轴承的寿命：对一组同型号的）一批轴承的寿命：对一组同型号的滚动轴承，在相同条件下进行疲劳试验，滚动轴承，在相同条件下进行疲劳试验，可得出轴承的可靠性（即不发生疲劳破坏）可得出轴承的可靠性（即不发生疲劳破坏）与寿命之间有如右图（见教材图与寿命之间有如右图（见教材图14-614-6）的）的关系。关系。10090 80 70 60 5040 30 20 10 0151020未失效轴承数量%轴承的寿命轴承的寿命/ /（10106 6r r）（3 3）基本额定寿命：一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中

35、）基本额定寿命：一批相同的轴承，在相同条件下运转，其中90%90%的轴承不出现疲劳点蚀时的总转数或在给定转速下工作的小时的轴承不出现疲劳点蚀时的总转数或在给定转速下工作的小时数，用数，用L(L(单位为单位为 ）或）或L Lh h ( (单位为小时）表示。单位为小时）表示。610（4 4）基本额定动载荷：一批同型号的轴承基本额定寿命为）基本额定动载荷：一批同型号的轴承基本额定寿命为1(101(106 6转转) )时轴承所承受的载荷，用时轴承所承受的载荷，用C C表示。表示。对径向接触轴承对径向接触轴承(6,7,3) C=(6,7,3) C=径向载荷用径向载荷用C Cr r表示；表示； 对推力轴承

36、对推力轴承 C=C=轴向载荷用轴向载荷用C Ca a表示；表示； Ca与与Cr的值可通过查表的值可通过查表14-15，表，表14-16，表，表14-17查得。查得。（5）、滚动轴承的寿命计算公式）、滚动轴承的寿命计算公式 载荷与寿命的关系载荷与寿命的关系 (PLC常数)610()60hCLn P用工作小时数表示轴承寿用工作小时数表示轴承寿命时：命时：P-当量动载荷，当量动载荷，N; -寿命指数。球轴承寿命指数。球轴承 =3，滚，滚子轴承子轴承 =103 ;n-轴承转数，轴承转数，r/min;表14-15表14-17给出的C值是在轴承工作温度低于120下得到的，若工作温度高于120，引入温度系数

37、 考虑到振动和冲击对轴承寿命的影响引入载荷系数 对C值进行修正。 与 可通过表14-8与14-9选取。修正后，寿命计算公式变为：此公式可作为选择轴承寿命或型号的依据。 参考值见表14-10tfpftfhL610()60thpf CLnf P三、滚动轴承的当量动载荷三、滚动轴承的当量动载荷P1对只能承受径向载荷对只能承受径向载荷R的轴承（的轴承（ 6，N、NA轴承）轴承）P = R3同时受径向载荷同时受径向载荷R和轴向载荷和轴向载荷A的轴承的轴承2对只能承受轴向载荷对只能承受轴向载荷A的轴承（的轴承（5和和8）P = AP = X R+Y A X径向载荷系数径向载荷系数Y轴向载荷系数轴向载荷系数

38、X,Y值可由教材表值可由教材表14-11查取查取见教材例14-2四四、 滚动轴承的静强度计算滚动轴承的静强度计算对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承，对于在工作载荷下基本不旋转或缓慢旋转或缓慢摆动的轴承，其失效形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而其失效形式不是疲劳点蚀，而是因滚动接触面上的接触应力过大而产生的过大的塑性变形。产生的过大的塑性变形。在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超在国家标准中，对每一种规格的滚动轴承规定了一个不应超过得载荷界限过得载荷界限基本额定静载荷，用基本额定静载荷，用C C0 0表示。表示。000PSC 式中：式中： P

39、P0 0当量静载荷当量静载荷S S0 0静强度安全系数其值查表静强度安全系数其值查表14141414X0、Y0静径向和轴向载荷系数静径向和轴向载荷系数教材表教材表1413 第五节 滚动轴承的组合设计一、轴承的轴向固定一、轴承的轴向固定1、全固式2、固游式二、轴向位置及轴承游隙的调整二、轴向位置及轴承游隙的调整 利用轴承盖与套杯之间的垫片组，调整轴承的轴向游隙。利用轴承盖与套杯之间的垫片组，调整轴承的轴向游隙。1、滚动轴承与轴和座孔的配合的配合轴承内圈与轴轴承内圈与轴 松松 紧紧js6，j6，k6，m6，n6 松松 紧紧G7，H7，JS7，J7轴承外圈与轴承座孔轴承外圈与轴承座孔DH7dk6轴承

40、座孔公差带G7H7Js7J7n6m6k6j6js600轴承外径公差带轴外径公差带轴承内径公差带基孔制：基孔制：基轴制：基轴制：DH7dk6轴承座孔公差带G7H7Js7J7n6m6k6j6js600轴承外径公差带轴外径公差带轴承内径公差带 滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。滚动轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与外壳孔的配合。 滚动轴承内孔与轴的配合采用基滚动轴承内孔与轴的配合采用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基孔制，外径与外壳孔的配合采用基轴制。轴制。三、配合和装拆三、配合和装拆2. 2. 滚动轴承的安装与拆卸滚动轴承的安装与拆卸轴承的内圈与轴颈配合较紧，对于小尺寸的轴承，一般可用

41、压力直轴承的内圈与轴颈配合较紧，对于小尺寸的轴承，一般可用压力直接将轴承的内圈压入轴颈。对于尺寸较大的轴承，可先将轴承放在接将轴承的内圈压入轴颈。对于尺寸较大的轴承，可先将轴承放在温度为温度为8010080100的热油中加热，使内孔胀大，然后用压力机装在轴的热油中加热，使内孔胀大，然后用压力机装在轴颈上。拆卸轴承时应使用专用工具。为便于拆卸，设计时轴肩高度颈上。拆卸轴承时应使用专用工具。为便于拆卸，设计时轴肩高度不能大于内圈高度。不能大于内圈高度。 四、支撑部分的刚度和同轴度四、支撑部分的刚度和同轴度 应尽量保证轴及轴承座有足够的刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞应尽量保证轴及轴承座有足够的

42、刚度，以避免过大的变形使滚动体受阻滞而使轴承提前损坏。而使轴承提前损坏。提高支承刚度的措施：1）增加轴承座孔的壁厚2）减小轴承支点相对于箱体孔壁的悬臂3）采用加强筋加强支承部位的刚性减小悬臂加筋板支点悬臂大4 4）同一根轴上的轴承座孔应保证同心，否则会使轴）同一根轴上的轴承座孔应保证同心，否则会使轴线有较大的偏移，影响轴承的旋转精度，从而降低线有较大的偏移，影响轴承的旋转精度，从而降低轴承使用寿命。轴承使用寿命。 1、滚动轴承的润滑、滚动轴承的润滑润滑目的：减少摩擦和磨损，减振，散热，防腐润滑目的：减少摩擦和磨损，减振，散热，防腐润滑剂：润滑剂： 润滑油润滑油、润滑脂（轴颈圆周速度润滑脂（轴颈

43、圆周速度v45m/s用脂）用脂） 润滑油：优点：摩擦阻力小，散热冷却好润滑油：优点：摩擦阻力小，散热冷却好 缺点：易于流失缺点：易于流失 应用：速度及温度较高的场合应用：速度及温度较高的场合 常用：常用：L-AN 选用：温度，选用：温度，P，dn 方式：方式：油浴（油面不能高于最下方滚动体中心，搅油损耗）油浴（油面不能高于最下方滚动体中心，搅油损耗）飞溅润滑飞溅润滑喷油润滑、油雾润滑（高速）喷油润滑、油雾润滑（高速） 润滑脂：优点：不易流失，便于密封与维护。润滑脂：优点：不易流失，便于密封与维护。 缺点：摩擦阻力大，不利于散热缺点：摩擦阻力大，不利于散热 方式：方式：人工定期更换（润滑脂不能超

44、过轴承内空隙的人工定期更换（润滑脂不能超过轴承内空隙的1/31/2,过多引起轴承发热）过多引起轴承发热） 要延长轴承的使用寿命和保持旋转精度，在使用中应及时对轴承进行维护，要延长轴承的使用寿命和保持旋转精度，在使用中应及时对轴承进行维护，采用合理的润滑和密封，并经常检查润滑和密封状况。采用合理的润滑和密封，并经常检查润滑和密封状况。 五、滚动轴承的润滑与密封五、滚动轴承的润滑与密封2、滚动轴承的密封、滚动轴承的密封 密封的作用密封的作用: 防止灰尘杂质水进入轴承，防止润滑剂流失防止灰尘杂质水进入轴承，防止润滑剂流失毡圈密封毡圈密封特点：结构简单，价格低廉特点：结构简单，价格低廉 但易磨损但易磨

45、损应用：应用：v=4v1.5L/d1.5时，常用调心式滑动轴承。时，常用调心式滑动轴承。( (二二) )、止推滑动轴承止推滑动轴承a、实心式、实心式b、空心式、空心式c、单环式、单环式d、多环式、多环式a a、实心式、实心式b b、空心式、空心式c c、单环式、单环式d d、多环式、多环式实心止推滑动轴承，轴颈端面的中部实心止推滑动轴承，轴颈端面的中部压强比边缘的大，润滑油不易进人，压强比边缘的大，润滑油不易进人，润滑条件差。润滑条件差。空心止推滑动轴承，轴颈端面的中空空心止推滑动轴承，轴颈端面的中空部分能存油，压强也比较均匀，承载部分能存油，压强也比较均匀，承载能力不大。能力不大。多环止推滑

46、动轴承，压强较均匀，能多环止推滑动轴承，压强较均匀，能承受较大载荷。但各环承载不等，环承受较大载荷。但各环承载不等，环数不能太多。数不能太多。 二、轴瓦结构二、轴瓦结构 1 1、轴瓦的形式与结构、轴瓦的形式与结构 轴瓦应具有一定的强度和刚度，要固定可靠，润滑良好，轴瓦应具有一定的强度和刚度，要固定可靠，润滑良好，散热容易，便于装拆和调整。散热容易，便于装拆和调整。轴瓦固定在轴承座上，轴瓦表面常浇铸一层减摩性更好轴瓦固定在轴承座上，轴瓦表面常浇铸一层减摩性更好的材料，称为轴承衬，厚度从零点几个毫米到的材料，称为轴承衬，厚度从零点几个毫米到6 6毫米。为毫米。为使轴承衬固定可靠，可在轴瓦上作出沟槽

47、。使轴承衬固定可靠，可在轴瓦上作出沟槽。油孔、油槽开设原则油孔、油槽开设原则 ：(1)(1)、油槽（沟）开在非承载区，否则会、油槽（沟）开在非承载区，否则会破坏破坏油膜的连续性油膜的连续性降低油膜的承载能力降低油膜的承载能力 (2)(2)、油槽轴向不能开通，以免油从油槽端、油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失，部大量流失，轴向油沟的长度应稍短于轴向油沟的长度应稍短于轴瓦宽（轴瓦宽（80%） 2 2、油孔、油槽和油室、油孔、油槽和油室 剖分式剖分式整体式整体式三、滑动轴承的失效形式及材料三、滑动轴承的失效形式及材料 1 1、主要失效形式：磨损和胶合、疲劳破坏、主要失效形式：磨损和胶合、疲劳

48、破坏 对材料性能要求对材料性能要求2 2、轴承材料、轴承材料 (1)(1)具有足够的抗压强度、抗疲劳能力和抗冲击能力。具有足够的抗压强度、抗疲劳能力和抗冲击能力。(2)(2)具有良好的减摩性。材料要有较低的摩擦阻力。具有良好的减摩性。材料要有较低的摩擦阻力。(3)(3)具有良好的耐磨性。抗粘着磨损和磨粒磨损性能较好。具有良好的耐磨性。抗粘着磨损和磨粒磨损性能较好。(4)(4)具有良好的跑合性。能较容易消除接触表面不平度而使具有良好的跑合性。能较容易消除接触表面不平度而使轴颈与轴瓦表面间相互尽快吻合。轴颈与轴瓦表面间相互尽快吻合。(5)(5)良好的可塑性。具有适应因轴的弯曲和其他几何误差而良好的

49、可塑性。具有适应因轴的弯曲和其他几何误差而使轴与轴承滑动表面初始配合不良的能力。使轴与轴承滑动表面初始配合不良的能力。(6)(6)具有嵌藏性。轴承材料具有容纳金属碎屑和灰尘的能力。具有嵌藏性。轴承材料具有容纳金属碎屑和灰尘的能力。(7)(7)良好的工艺性和导热性，并应具有抗腐蚀性能。良好的工艺性和导热性，并应具有抗腐蚀性能。金属材料金属材料 多孔质金属材料多孔质金属材料 非金非金 属材料属材料常用轴承材料常用轴承材料轴承合金、铜合金、铸铁、铝基合金。轴承合金、铜合金、铸铁、铝基合金。多孔铁、多孔质青铜。多孔铁、多孔质青铜。酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯。酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯。轴承材料是指在轴

50、承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。轴承材料性能应满足以下要求：和轴承衬的材料。轴承材料性能应满足以下要求： 减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。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。耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。 抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。抗咬粘性：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。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

51、表面发嵌入性：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。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。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）。的表面形状和粗糙度的能力（或性质）。类类 型型锡基轴承合金锡基轴承合金铅基轴承合金铅基轴承合金特特 点点 嵌入性和摩擦顺应嵌入性和摩擦顺应性最好性最好 ，易于轴颈磨合，易于轴颈磨合，但强度低，价格较贵。但强度低，价格较贵。应

52、应 用用重载、中高速场合。重载、中高速场合。轴承合金轴承合金特特 点点锡青铜减摩性和耐磨性最好，锡青铜减摩性和耐磨性最好，铅青铜抗粘附能力强，铅青铜抗粘附能力强，铝青铜强度及硬度较高。铝青铜强度及硬度较高。应应 用用锡青铜适用于重载、中速场合，锡青铜适用于重载、中速场合，铅青铜适用于高速、重载场合，铅青铜适用于高速、重载场合，铝青铜适用于低速、重载场合。铝青铜适用于低速、重载场合。类类 型型锡青铜锡青铜铅青铜铅青铜铝青铜铝青铜铜合金铜合金特特 点点有一定的减摩性和耐磨性，有一定的减摩性和耐磨性，价格低廉，但铸铁性脆、磨价格低廉，但铸铁性脆、磨合性差。合性差。应应 用用适用于低速、轻载和不受冲适

53、用于低速、轻载和不受冲击的场合。击的场合。类类 型型灰铸铁灰铸铁耐磨铸铁耐磨铸铁铸铸 铁铁粉末冶金材料粉末冶金材料 粉末冶金材料主要是由铁、铜、石墨等粉末经压粉末冶金材料主要是由铁、铜、石墨等粉末经压制、烧结而成的轴承材料，这种材料是多孔结构的，制、烧结而成的轴承材料，这种材料是多孔结构的，使用前在润滑油中浸数小时，使孔隙中充满润滑油，使用前在润滑油中浸数小时，使孔隙中充满润滑油，在工作时能自动润滑，常用于轻载、低速、润滑困在工作时能自动润滑，常用于轻载、低速、润滑困难的场合。难的场合。润滑目的：减少摩擦，降低磨损，散热冷却，缓冲吸振，密封防锈润滑目的：减少摩擦，降低磨损，散热冷却，缓冲吸振，

54、密封防锈一、润滑剂一、润滑剂1 1、润滑油、润滑油 润滑油：润滑油：粘度的种类有很多，如：动力粘度、运动粘度、条件粘度等。粘度的种类有很多，如：动力粘度、运动粘度、条件粘度等。 粘度是润滑油的主要质量指标（抵抗变形的能力），粘度粘度是润滑油的主要质量指标（抵抗变形的能力），粘度值越高，油越稠，反之越稀；温度升高，粘度降低。值越高，油越稠，反之越稀；温度升高，粘度降低。润滑油的牌号于运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为润滑油的牌号于运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为L-L-AN10AN10的油在的油在4040时的运动粘度大约为时的运动粘度大约为10 cSt10 cSt。（具体说明）（具体说明）

55、工程中常用运动粘度，单位是：工程中常用运动粘度，单位是：St(St(斯斯) )或或 cSt(cSt(厘斯厘斯) )，量纲为量纲为(m(m2 2/s)/s)；动植物油、矿物油、合成油。动植物油、矿物油、合成油。润滑油牌号表润滑油牌号表15153 3 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑2 2、润滑脂、润滑脂 润滑脂润滑脂润滑脂的主要质量指标是：润滑脂的主要质量指标是： 锥入度，反映其稠度大小锥入度，反映其稠度大小 。滴点，决定工作温度。滴点，决定工作温度。：润滑油：润滑油+ +稠化剂（钙钠铝锂）稳定剂稠化剂（钙钠铝锂）稳定剂 （1 1）压力大、温度高、载荷冲击变动大）压力大、温度高、载荷冲击变动大粘度大

56、的润滑油粘度大的润滑油 （2 2）滑动速度大）滑动速度大 粘度较低的润滑油粘度较低的润滑油 （4 4）粗糙或未经跑合的表面）粗糙或未经跑合的表面粘度较高的润滑油粘度较高的润滑油 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。 适用场合适用场合 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。作摆动运动的轴承中。 选择原则：选择原则：（3 3）散热差，工作温度高）散热差，工作温度高粘度较高的润滑油粘度较高的润滑油 选择原则：选择原则： ( () )当压力高和滑动速度低时，选择锥入度小一些的品种；反当压力

57、高和滑动速度低时，选择锥入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。之，选择针入度大一些的品种。( () )所用润滑脂的滴点，一般应比轴承的工作温度高约所用润滑脂的滴点，一般应比轴承的工作温度高约20203030，以免工作时润滑脂过多地流失。以免工作时润滑脂过多地流失。( () )在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。润滑脂牌号表润滑脂牌号表 特点：可在滑动表面形成固体膜。特点：可在滑动表面形成固体膜。 适用场合：有特殊要求的场合

58、，如环境清洁要求处、真空中或适用场合：有特殊要求的场合，如环境清洁要求处、真空中或高温中。高温中。 常用类型：二硫化钼，碳常用类型：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。石墨，聚四氟乙烯等。 使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料，依使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料，依靠材料自身的润滑性能形成润滑膜。靠材料自身的润滑性能形成润滑膜。3、固体润滑剂、固体润滑剂1、油润滑 连续供油: 间歇供油:油壶或油枪1) 滴油润滑 2) 绳芯润滑3)飞溅润滑 4)浸油润滑 5)压力循环润滑 2、脂润滑 旋盖式油脂杯、黄油枪 二、润滑方式二、润滑方式15154 4 非液体润滑滑动轴承的设

59、计计算非液体润滑滑动轴承的设计计算一、向心滑动轴承的设计计算p1.验算轴承的平均压强 限制轴承平均压强 ，以保证润滑油不被过大的压力挤出，从而避免轴瓦产生过度的磨损，在设计时通常已知轴承所受的径向载荷 ，轴颈转速 及轴颈直径 ，用下式验算： ()F Np( /min)n r()d mm FpPdBMpaB-轴承宽度，mm。根据宽径比B/d确定，推荐B/d=0.51.5p-轴瓦材料的许用压强，MPa，其值见表15-1和15-2二、推力滑动轴承的设计计算2.验算轴承的pv值 pv值越高，轴承温升越高，越容易引起边界油膜的破裂，按下式验算：60 1000FdnpvpvdB式中 n-轴的转速，r/mi

60、n pv轴瓦材料的许用值，其值见表15-1和表15-2.1、验算轴承的平均压强p22214 ()AFppddz式中 z-轴环数 p-推力轴承的许用值，见表15-5.2、验算轴承的 值mpv22214()60 1000mAmd nFpvpvddz式中 -平均速度， mv/60 1000mmd nvm s -平均直径， md122mdddmmpv 推力轴承的许用值见表15-5，对多环推力轴承，由于制造和装配误差使各支撑面上所受的载荷不相等， p和 pv值应减小20%40%.第十六章 联轴器 离合器 制动器联轴器联轴器用来把两轴联接在一起，以传递运动与转矩，机器停止用来把两轴联接在一起，以传递运动与