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1、内容： 轴的功用 轴的常用材料、结构设计、强度设计 支承回转零件 传递运动和动力 第 十 章 轴和轴承 1.按轴线的形状分 一、分类 挠性钢丝轴 第一节 轴的分类 直轴 曲轴 轴颈 与轴承配合的轴段 轴肩 支承传动零件、联轴器 等，并与这些零件保持一定的 配合的轴段 轴身 联接轴头与轴径的轴段 轴头 按轴段所起的作用不同，阶梯轴的轴段可分为三类： 轴环 定位轴肩 自由轴肩 转动心轴 固定心轴 2.按承载情况分： 转轴扭矩和弯矩 心轴只受弯矩 传动轴主要受扭矩 1.选材料 3.轴的结构设计4.强度校核 设计步骤： 2.估算轴径 合理的结构、足够的强度 二、轴的设计要求和一般设计步骤 球墨铸铁适用
2、于曲轴、凸轮轴等形状复杂的轴 碳素钢常用45，正火调质 合金钢对应力集中较敏感。 三、轴的材料及其选择 最小直径（根据材料力学 ） C计算系数，见表10-2 P传递的功率n工作转速 T轴传递的转矩 Wt轴的抗扭截面系数 四、 轴的基本直径的估算 第二节 轴的设计 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 尽量避免应力集中 一、拟定轴上零件的装配方案 原则：1）轴的结构越简单越合理 2）装配越简单、方便越合理 rCa要求： b=1.4a a=(0.070.1)d 二、轴上零件的定位 1、零件的轴向定位 轴肩和轴环 rRa 套筒 a a a
3、a L = B-(13）mm 轴套 L B 不宜用于高转速轴 正确 轴端挡圈 错误1 可承受较大轴向力 轴用圆螺母 L = B-(13）mm 错误2 弹性挡圈 对中性好，只用于轴端 轴向力小 常用于轴承的固定 7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销 圆锥面（+挡圈、螺母） 2、零件的周向定位 键花键 紧定螺钉、销 (4)过盈配合 3.多键槽开在同一直线上 2.越程槽、退刀槽 1.轴的直径变化应尽可能少 三、轴的结构工艺性 7.非定位轴肩的高度一般为：0.53mm 9.固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度 8.轴端应有倒角 6.阶梯轴直径常为中间大两端小 5.配合段直径取标准值 4.在可能情况下，应使过
4、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。 指出图中轴结构设计中的不合理之处，并绘出改进后 的结构图 2.齿轮右侧未作轴向固定 1.轴两端均未倒角 7.轴端挡圈未直接压在轴 端轮毂上 6.齿轮与右轴承装卸不便 3.齿轮处键槽太短 4.键槽应开在同一条直线上 5.左轴承无法拆卸 轴系结构改错 四处错误正确答案 三处错误 两处错误 1.左侧键太长，套筒无法装入 2.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
5、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。 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
6、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。 2 1 3 4 1 2 3 4 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）按滚动体的形状分 可分为球轴承和滚子轴承两大类 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
7、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 滚针轴承 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
8、，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: 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表示圆柱滚子轴承，外圈可 分离，宽度系列代号为
9、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nlim 3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、 滚动轴承类型的选择 1.轴承的载荷 大小：滚子轴承优于球轴承 2.对轴承的特殊要求- 调心轴承 8162423
10、3.3.轴承的转速轴承的转速 对高转速的轴承：优先选用球轴承对高转速的轴承：优先选用球轴承（润滑的阻力小）（润滑的阻力小） 低速时选用滚子轴承。低速时选用滚子轴承。 4. 4. 轴承的安装与拆卸轴承的安装与拆卸 5.5.经济性：球比滚子便宜，精度适宜经济性：球比滚子便宜，精度适宜 6 滚动轴承的组合设计 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 两端游动式 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
11、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）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 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
12、（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 轴承的安装与拆卸 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，
13、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，
14、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
15、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
16、，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L10 与载荷P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，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
