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轴承 讲解
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第17章 轴 承 讲 解 §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。 优点多,应用广 用于高速、高精度、重载、结 构上要求剖分等场合。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 榫口 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 F 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。 45? 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 B d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。 F F 巴氏合金 绕此边线自 行倾斜 F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 : τ=η du dy ----- 牛 顿 液 体 流 动 定 律 η----液体的动力粘度,简称粘度 量纲:力·时间/长度 2 单位:N · s /m 2 (Pa ·s) 或泊:1P=1 dyn · s /cm 2 运动粘度: ν = η ρ 单位: m 2/s 或斯St:cm 2 /s 或厘斯cSt:1St=100 cSt 实 验 结 果 : o x y y dy du 分 析 位 置y 处 薄 层 的 受 力 A B 我 国 石 油 产 品 是 用 运 动 粘 度 标 定 的 表17-1 常用常用润滑油的主要性质 名 称 全损耗 系统用油 GB443-89 汽轮机油 GB11120-89 代 号 40 ℃的粘度 mm 2 /s L-AN7 6.12~7.48 -10 110 凝点 ≤ C 闪点(开式) ≥ C 用于高速底负荷机械、 精密机床、纺织纱锭的 润滑和冷却。 普通机床的液压油。 用于一般滑动轴承、 齿轮、蜗轮的润滑 用于重型机床导轨、 矿山机械的润滑。 用于汽轮机、发电机等 高速高负荷轴承和各种 小型液体润滑轴承 L-AN100 90~110 0 210 L-AN10 9.0~11.0 -10 125 L-AN15 13.5~16.5 -10 165 L-AN32 28.8~32.2 -10 170 L-AN46 41.4~50.6 -10 180 L-AN68 61.2~74.8 -10 190 L-TSA32 28.8~35.2 -7 180 L-TSA46 41.4~50.6 主要用途0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 30 40 50 60 70 80 90 ℃ η 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 。 → η ↓ 但p 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 ↑ α= 0? 表17-2 各类轴承的公称接触角 轴承类型 公称接触角 向心轴承主要承受径向载荷 推力轴承主要承受轴向载荷 径向接触 角接触 轴向接触 角接触 0? 100℃ 时, → C ↓引进温度系数 f t 进行修正。 3 10/3 ε= 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。 表17-9 温度系数 轴承工作 温度℃ 温度系数 f t 100 250 200 150 125 300 1 0.95 0.90 0.70 0.80 0.60表17-10 载荷系数 载荷性质 无冲击或轻微冲击 中等冲击 强烈冲击 f P 1.0~1.2 1.2~1.8 1.8~3.0 N L n f P f C h t P ? / 1 6 10 60 ? ? ? ? ? ? ? 或: h P f C f n L P t h ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 60 10 6 修正结果: 工作中冲击振动 → C ↓ 引进载荷系数 f P 进行修正。 表17-11 轴承预期寿命L h 的参考值 使 用 场 合 不经常使用的仪器和设备 500 L h/h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=X F r +Y F a X----径向动载荷系数; Y----轴向动载荷系数。 向心轴承: P=F r 推力轴承: P=F a 查表16—12 P260 表17-12 向心轴承当量载荷系数X、Y的值 轴承类型 深沟球轴承 0.172 0.19 2.3 12.3F aC 0re F a/ F r>e F a/ F r≤ e X Y X Y 0.345 0.22 1.99 0.689 0.26 1.71 1.03 0.28 1.55 1.38 0.30 0.56 1.45 1 0 …… …… …… 0.178 0.38 1.47 0.357 0.40 1.40 0.714 0.23 1.30 1.07 0.46 1.23 α= 15? 1.43 0.47 0.44 1.19 1 0 …… …… …… 角 接 触 球 轴 承 α= 25? ---- 0.68 0.41 0.87 1 0 α= 40? ---- 1.14 0.35 0.57 1 0 圆锥滚子轴承(单列) ---- 1.5tgα 0.4 0.4ctgα 1 0 调心球轴承(双列) ---- 1.5tgα 0.65 0.65ctgα 1 0 (单列)五、角接触向心轴承轴向载荷的计算 受力分析: F r 由于α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。 F i = F’ i+F” i F’ i F” i α F’ 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 F i 表17-13 角接触向心球轴承 轴承类型 角接触向心球轴承 F’ eF r0.68F r 1.14F r 圆锥滚子轴承 α= 15? α= 25? α= 40? F r / (2Y) Y是 的轴向系数 >e F r F a ----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 F A + F’ 2>F’ 1 压紧端:F a1= F A + F’ 2放松端:F a2= F’ 22.若 F A +F’ 2F’ 1 则有: 结论与正装相同! 压紧端:F a1= F A + F’ 2放松端:F a2= F’ 22.若 F A +F’ 2< F’ 1,则有: 放松端: F a1= F’ 1压紧端: F a2= F’ 1- F A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) ×10 5 mm·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。 1000000 500000 200000 100000 50000 20000 10000 -40-20 0 20 40 60 100 120 80 dn/(mm·r/min) t / ℃ 润滑油粘度的选择 5cSt(40℃时) 10 20 65 110 250 400 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 110毛毡圈密封 适用场合: 脂润滑,要求环境清洁, 轴颈圆周轴速度v<4~5 m/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<4~5 m/s,工作温 度: -40~100℃ (a) (b) 防漏油 防灰尘 密封圈密封 密封圈用皮革、塑 料或耐油橡胶制成, 有的具有金属骨架, 有的没有,制成标 准件。 密封唇朝 里,目的 是防漏油。 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0.1~0.3 mm。 间隙封圈 (a) (b) δ=0.1~0.3 mm δ 非接触式密封: δ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δ =1.5~2 mm。 迷宫式封圈 δ=0.1~0.2 mm (a) (b) δ δ=1.5~2 mm δ 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。 组合封圈 组合式密封:
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