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机械设计第五章.pptx

机械设计第五章

孟子73代
2019-03-27 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《机械设计第五章pptx》,可适用于高等教育领域

第章滚动轴承滚动轴承是指相对回转面间处于滚动摩擦状态的一类动连接方式。滚动摩擦一般通过滚动体来实现。滚动轴承是标准件,结构类型及尺寸均已标准化。 概  述结构和材料典型的滚动轴承结构如图所示,由内圈、外圈、滚动体、保持架组成。通常轴承内、外圈有相对运动(内圈随轴颈回转、外圈固定也可外圈回转、内圈固定或内、外圈同时回转),通过滚动体与内、外圈滚道间的滚动接触减轻两者间的摩擦和磨损。保持架将轴承中的一组滚动体等距隔开,避免滚动体直接接触产生摩擦及磨损。有些轴承除上述四个元件外,还增加了特殊零件,如带密封盖或在外圈上的止动环等。图 滚动轴承结构mdash内圈 mdash外圈 mdash滚动体 mdash保持架设计要求)满足工作载荷下的强度、刚度、精度和寿命要求。)具有良好的装配工艺性。)使用维护方便。)经济成本低。设计内容滚动轴承的设计内容包括滚动轴承选型、组合结构设计、性能设计。)滚动轴承选型:滚动轴承类型选型与所受载荷方向、性质、大小、转速、调心性能、装拆要求等工作条件有关。实际中根据使用工况条件选择滚动轴承类型。)轴承组合结构设计:主要包括设计合适的轴承组配形式以及支承结构,确认轴承与轴及轴承座孔的精度、配合、预紧装置以及游隙调整装置,确定轴承润滑、密封等。)性能设计:主要是结合轴承组合结构,对选定的滚动轴承型号进行疲劳寿命、静强度等计算。球轴承和滚子轴承的性能比较见表。在同一工况条件下轴承外形尺寸相同时,滚子轴承寿命长得多。表 球轴承和滚子轴承的性能比较 滚动轴承特点与分类 轴承分类及应用滚动轴承按滚动体类型分为球轴承和滚子轴承。滚动体是球称为球轴承滚动体是圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子或滚针称为滚子轴承。 轴承代号基本代号轴承基本代号包括类型、尺寸系列(宽度和直径尺寸系列)和内径尺寸系列。()内径尺寸系列代号 轴承内径是指轴承内圈的内径,用基本代号右起第一、二位数字表示。对常用内径d=~mm的轴承,内径一般为的倍数,见表。表 轴承的内径尺寸系列代号  注:内径小于和大于的轴承的内径尺寸系列代号另有规定,见轴承样本。()直径系列代号 轴承的直径系列是指结构相同、内径相同的轴承在外径和宽度方面的变化系列,用基本代号右起第三位表示。直径系列代号有、、、、、、、和,对应于相同内径轴承的外径尺寸依次递增。部分直径系列之间的尺寸对比如图所示。图 直径系列的对比()宽度系列代号 轴承的宽度系列代号(即结构、内径和直径系列都相同的轴承,在宽度方面的变化系列)用基本代号右起第四位数字表示。宽度系列代号有、、、、、、和,对应同一系列轴承,其宽度依次递增。当宽度系列为系列(正常系列)时,对多数轴承在代号中不标出宽度系列代号,但对于调心滚子轴承和圆锥滚子轴承,宽度代号应标出。对于推力轴承是指高度系列。高度系列代号有、、和,轴承高度依次递增。直径系列代号和宽度系列代号统称为尺寸系列代号,见表。表 滚动轴承尺寸系列代号()轴承类型代号 轴承类型代号用基本代号右起第五位数字(或字母)表示,见书表。后置代号()内部结构代号 轴承内部结构代号是表示同一类型轴承的不同内部结构,用字母紧跟着基本代号表示,见表。如接触角为deg、deg和deg的角接触球轴承分别用C、AC和B表示内部结构的不同。表 轴承内部结构常用代号①内部结构设计改进,增大轴承承载能力。()公差等级代号 轴承公差等级代号分为级、级、级、级(或x级)和级,共个级别,依次由高级到低级,其代号分别为P、P、P、P(或Px)和P。公差等级中,x级仅适用于圆锥滚子轴承级为普通级(在轴承代号中不标出),是最常用的轴承公差等级级以上轴承属于精密轴承。常用公差等级代号见表。表 公差等级代号()轴承径向游隙系列代号 轴承径向游隙系列分为组、组、组、组、组和组,共个级别,其径向游隙依次由小到大。组游隙是常用的游隙级别,在轴承代号中不标出,其余游隙级别在轴承代号中分别用C、C、C、C、C表示。前置代号关于滚动轴承更详细的代号表示方法可查阅GBTmdash。轴承代号举例:mdashmdash表示深沟球轴承,尺寸系列为,内径为mm,正常结构,级公差,组游隙。CPmdashmdash表示角接触球轴承,尺寸系列为,内径为mm,接触角alpha=deg,级公差,组游隙。 滚动轴承选择及组合结构设计 滚动轴承类型的选择工作载荷()载荷方向 承受纯轴向载荷时,通常选用推力轴承承受纯径向载荷时,通常选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承,也可采用调心球或滚子轴承同时承受径向载荷及不大的轴向载荷时,可选用深沟球轴承或接触角小的角接触球轴承、圆锥滚子轴承,若同时承受径向载荷及较大轴向载荷时,可选用接触角较大的这两类轴承,也可以采用向心轴承和推力轴承的组合支承结构。()载荷性质 当有冲击载荷时,优先选用滚子轴承。()载荷大小 当承受较大载荷时,应优先选用线接触的滚子轴承。球轴承是点接触,适用于轻载荷及中等载荷。轴承转速根据工作转速选择轴承时,可参考以下几点:)球轴承比滚子轴承有较高的极限转速,故在高速时应优先选用球轴承。)在一定条件下,工作转速较高时,宜选用超轻、特轻系列的轴承:内径相同时,外径越小,则滚动体越轻、越小,运转时滚动体加在外圈滚道上的离心惯性力也越小,因而更适于较高转速下工作。)实体保持架比冲压保持架允许的转速高。)推力轴承的极限转速较低。工作转速较高时,若轴向载荷不十分大,可采用角接触球轴承或深沟球轴承来承受纯轴向载荷。)若工作转速超过轴承的极限转速时,可以通过提高轴承的公差等级、适当加大轴的径向游隙以及改善润滑条件等途径来提高轴承的极限转速。调心性能要求当轴的中心线与轴承(孔)中心线不重合存在角度误差时(如多支点轴),或轴受载后弯曲变形较大而造成轴承内、外圈轴线发生偏斜时,这时宜选用调心轴承。支承部位刚性要求轴和安装轴承的外壳或轴承座,以及轴承装置中的其他受力零件必须有足够的刚性,过大变形将阻滞滚动体的滚动而使轴承提前损坏。为保证支承部位较高刚性,可选择高刚性的轴承,如优选滚子轴承、尺寸大的轴承、滚动体数目多或滚动体列数多的轴承、可调节游隙的轴承。在必要情况下,也可采用不带内圈、不带外圈或不带内外圈的轴承,从而减小变形环节并增加滚动体数目来提高支承部位刚性。空间尺寸要求在径向空间尺寸受到限制时,可选用滚针轴承或特轻、超轻直径系列的轴承。在轴向尺寸受到限制的场合,可选用宽度尺寸较小的,如窄或特窄宽度系列的轴承。安装和拆卸要求在轴承座不是剖分式而必须沿轴向拆装轴承以及需要频繁拆装轴承时,应优先选用内、外可分离的轴承(如N、型)当轴承在长轴上安装时,为便于装拆可选用带内锥孔和紧定套的轴承。经济性要求一般来说,同精度的深沟球轴承价格最低,滚子轴承比球轴承价格高。总之,选择轴承的总体原则是在满足工作性能要求的前提下,使所选轴承成本最低。轴承类型选定后,进行滚动轴承装置的组合设计,并通过寿命计算确定轴承基本尺寸。 滚动轴承的组合结构设计轴承组合设计主要考虑如下问题:①轴承在轴和轴承座上的安装、固定和游隙调整②保证配合部分的同轴度和刚度③轴承与轴、轴承座的配合④轴承预紧⑤轴承润滑和密封等。 滚动轴承工作载荷与设计准则 失效形式及设计准则()接触疲劳点蚀 滚动轴承套圈和滚动体表面在交变的接触应力反复作用下将发生接触疲劳点蚀。()塑性变形 对不回转、缓慢摆动或转速很低的滚动轴承,一般不会发生接触疲劳点蚀。轴承在很大的静载荷或冲击载荷作用下,会使内、外圈滚道与滚动体的接触处产生过量的塑性变形,形成不均匀凹坑。塑性变形将导致振动和噪声增加,摩擦力矩加大,运转精度降低。()磨损及碎裂 当滚动轴承的工作环境恶劣、润滑不良、密封不好或安装使用不当时,各元件会发生过早磨损或碎裂,导致轴承失效。过大的磨损,将使轴承游隙加大,运转精度降低,振动和噪声增大。()烧伤 滚动轴承运转时,若温度急剧升高,润滑剂失效,发生金属粘接,轴承卡死,这种现象称为烧伤。高速轴承中,因摩擦热较大,若润滑供给不充分或润滑失效,易于引起烧伤。 滚动轴承性能设计 滚动轴承寿命与额定载荷疲劳寿命与基本额定寿命大部分滚动轴承因疲劳点蚀失效,故轴承寿命常指其疲劳寿命。轴承疲劳寿命是指轴承中任一元件出现疲劳点蚀前两套圈之间的相对总转数或在一定转速下总的工作小时数。基本额定寿命是指一批同型号轴承,在相同条件下运转,其中轴承发生接触疲劳点蚀之前的寿命,用L(单位为转)表示,或用一定转速下运转的小时数Lh(h)表示。基本额定动载荷轴承的额定寿命与载荷的大小有关。为衡量轴承抵抗疲劳点蚀失效的承载能力,规定轴承在基本额定寿命L=(r)时所能承受的最大载荷值为基本额定动载荷,用C表示,单位为N。基本额定静载荷滚动轴承受载后,使受载最大的滚动体与套圈滚道产生的接触应力达到规定值(接触应力指引起滚动体与滚道产生总永久变形量约为滚动体直径的时的应力)的载荷称为基本额定静载荷,用C(Cr为径向基本额定静载荷,Ca为轴向基本额定静载荷)表示,单位为N,见标准GBTmdash。 滚动轴承寿命计算公式滚动轴承的载荷与寿命关系曲线PL如图所示。根据疲劳曲线方程可得到轴承的基本额定寿命式中 Lmdashmdash基本额定寿命(r)Cmdashmdash基本额定动载荷(N)Pmdashmdash当量动载荷(N)epsilonmdashmdash寿命指数,球轴承epsilon=,滚子轴承epsilon=。若轴承转速恒定,其基本额定寿命用运转小时数表示为式中 Lhmdashmdash基本额定寿命(小时,h)nmdashmdash轴承转速(rmin)。 滚动轴承当量动载荷滚动轴承当量动载荷为式中 Pmdashmdash当量动载荷(N)Frmdashmdash轴承所受径向载荷(N)Famdashmdash轴承所受轴向载荷(N)Xmdashmdash径向动载荷系数Ymdashmdash轴向动载荷系数。各类轴承当量动载荷系数X、Y取值见书表。表中e为轴向载荷影响的判断系数。当FaFrlee时,Y=,P=Fr,即轴向载荷对当量动载荷的影响可以忽略不计。仅承受轴向载荷的推力轴承,当量动载荷为P=Fa。轴承工作时常会伴有冲击等附加载荷的作用,名义当量动载荷引入冲击载荷系数fP进行修正,其值见书表。轴承考虑载荷系数的当量动载荷如下:)仅承受径向载荷的向心圆柱滚子轴承、滚针轴承的当量动载荷)仅承受轴向载荷的推力轴承的当量动载荷)承受径向载荷和轴向载荷联合作用的向心轴承、向心推力轴承的当量动载荷 角接触向心轴承轴向载荷计算角接触向心轴承的派生轴向力计算向心角接触轴承的轴向力Fa方法可归纳如下:)根据轴承的安装方式及受力情况,确定Fd、Fd和Fae的方向和大小。)根据轴承的派生轴向力及轴向外载荷关系及轴承安装情况,分析ldquo放松rdquo端和ldquo压紧rdquo端轴承。)ldquo放松rdquo端轴承的轴向力等于其本身派生轴向力ldquo压紧rdquo端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力以外其余轴向力的代数和。 滚动轴承静强度当量静载荷轴承的当量静载荷P是指在承受最大载荷的滚动体与滚道接触中心处,引起与实际载荷条件相当接触应力的静载荷。径向轴承的径向当量静载荷Pr=Fr,推力轴承的轴向当量静载荷Pa=Fa,角接触向心轴承的径向当量静载荷(取两式计算的较大值)为式中 Xmdashmdash径向静载荷系数Ymdashmdash轴向静载荷系数,见轴承手册。滚动轴承静强度的计算轴承静强度准则为式中 Cmdashmdash基本额定静载荷(N)Smdashmdash静强度安全系数Pmdashmdash当量静载荷(N)。载荷变化较大、尤其是较大冲击载荷作用的回转轴承,轴承在按额定动载荷计算后,必须再根据额定静载荷进行校验。若轴承的转速较低,对运转精度和摩擦力矩要求不高时,可以允许有较大的接触应力,即可取S反之,则取S。推力调心滚子轴承,无论其回转与否,均取Sge。另外,轴承在按额定静强度计算时,还必须注意与轴承配合部位的刚度。轴承支承处的刚度较低时,可选取较高的安全系数反之,则取较低的安全系数。回转轴承的静强度安全系数S见表。表 回转轴承的静强度安全系数S 其他滚动轴承简介高速轴承)高速运转下的轴承,要求轴承的滚道应有很准确的几何形状、最小的偏心以及很低的表面粗糙度值,故常选用高精度轴承。)采用强度较高的且能用轴承内圈外径或外圈内径来引导定心的实体保持架。)尽可能加强对高速轴承的冷却与润滑。为此,喷油润滑、油雾润滑及环下供油润滑是高速轴承的主要润滑方式。)为减轻或消除轴承振动对整机振动的影响,除了改善轴承自身条件外,还可在轴承设计方面采取措施,如采用油膜减振支承等结构形式,采用空心球作滚动体以降低离心惯性力的影响。高温轴承密珠轴承陶瓷轴承优点:)陶瓷滚动轴承适宜在腐蚀性介质的恶劣条件下工作。)陶瓷滚动体的密度比钢滚动体低,重量轻,转动时对外圈的离心作用可降低,可大幅度降低高速轴承离心力对轴承寿命的影响,故使用寿命大大延长。)陶瓷受热胀冷缩的影响比钢小,在轴承的间隙一定时,可允许轴承在温差变化较为剧烈的环境中工作,但对轴、轴承座的材料和配合要求更严。)陶瓷的弹性模量比钢高,受力时不易变形,有利于提高工作速度,并达到较高的精度。

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