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1、轴承部件习题课,机械设计系 敖宏瑞2010秋季学期,传动零件与传动装置,2,3,滚动轴承部件结构设计在机器中滚动轴承部件包括：传动件、轴、滚动轴承、机体、润滑及密封结构等滚动轴承部件结构设计的目的：确保轴上零部件有正确的位置； (轴向、周向)确保能够传递合适的动力和运动；确保有良好的工艺和承载性能。,4,力的传递路线,5,一、轴承部件的轴向固定1.两端固定支承跨距l300mm 温度变化较大 C=23mm,8,9,3.两端游动支承：用于人字齿轮传动，小齿轮轴两端游动，但大齿轮轴两端固定。,10,二、轴承部件的调整目的：1）补偿加工误差；2）弥补热膨胀；方法：1）垫片；2）调整螺钉法；1.轴承游隙
2、的调整,11,2.轴上传动件位置的调整位置需要调整的零件：1）圆锥齿轮的定点调整,12,2）蜗轮位置调整轴向位置用垫片调整径向位置由中心距保证,13,三、滚动轴承的配合轴承为标准件；与轴之间为基孔制，与轴承座孔之间为基轴制；内径和外径公差统一规定用上偏差为零、下偏差为负值的分布,四、轴承的装拆,14,15,五、滚动轴承的润滑和密封滚动轴承润滑的目的形成油膜，减少f，使效率损失小；吸振；带走热量，降低温度；防锈滚动轴承的密封目的：防止润滑油泄漏；防止异物进入。密封方法：a) 防尘盖-与轴承一体；b) 接触式密封：低速；c) 非接触式密封：高速,16,接触密封,17,非接触密封,18,六、滚动轴承
3、预紧提高轴承的旋转精度增加轴承装置刚性减小机器工作时轴的振动,夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈；,弹簧预紧；,夹紧一对磨窄了的外圈而预紧；反装时磨窄内圈而预紧,一对轴承中间装入长度不等的套筒而预紧；,19,错误1: 齿轮无法装拆，两端轴环之一变套筒；错误2：两端轴承方向反，应换向。错误3: 联轴器处键槽位置应与齿轮上键槽在一条直线上。错误4: 联轴器处轴长度应略小于联轴器宽度。错误5：轴承端盖不应与轴接触。错误6：轴承端盖与箱体端面间应加调整垫片。错误7：轴承端盖处应加密封圈。错误8: 调整垫片。,20,错误1: 轴系不能采用两圆柱滚子结构，应更换轴承； 此错误包含所有轴承定位固定结构错误。错误2：
4、中间齿轮无法装拆，轴环之一应变套筒。错误3: 外伸端联轴器处轴段应与密封轴段分离。错误4: 缺调整垫片。错误5：轴承端盖与轴不应接触。错误6：外伸轴处应增加密封件。,21,错误1: 左轴承方向反。错误2：轴系向右方向未定位，轴上左轴承应处增加圆螺母。错误3: 联轴器处键槽位置应与齿轮上键槽在一条直线上。错误4: 轴承端盖处应有密封圈。错误5：轴承端盖不应与轴接触。错误6：轴承套杯与箱体端面间应加调整垫片。错误7：齿轮右端固定存在过定位问题。,22,减速器输出轴部件设计,输出轴部件设计过程主要包括：,（1）初定尺寸,（2）画结构草图,（3）校核计算,（4）完成部件图设计,（5）完成零件图设计,2
5、3,习题课：输出轴部件设计,试设计带式运输机中齿轮减速器的输出轴部件。,已知： 输出轴功率P=2.74kW， 转矩T=289458N.mm， 转速n=90.4r/min, 圆柱齿轮: 分度圆直径d=253.643mm, 齿宽b=62mm, 圆周力F1=2282.4N, 径向力Fr=849.3N, 轴向力Fa=485.1N, 载荷平稳，单向转动，工作环境清洁，两班工作制，使用年限5年，大批量生产。,带式运输机,减速器,电动机,转轴,24,轴的结构设计实例,25,1. 选择轴的材料：,因传递的功率P=2.74kW，不大。并且带式运输机属一般设备，结构无特殊要求，故选用轴常用材料：45号钢，调质处理
6、。,解：,2. 初算轴径：,减速器的输出轴,转轴,按扭转强度初算轴径,查表10.2得C=106118,考虑轴端弯矩比转矩小，取C=106.,26,2. 初算轴径(续前)：,轴端与联轴器用键联结，键槽对轴的强度有所削弱,3. 结构设计：,1）轴承部件的结构形式：,为便于轴承部件的装拆,机体采用剖分式结构,传递的功率小, 齿轮减速器效率高,发热小,估计轴不会长,轴承部件的固定方式可采用两端固定方式,27,轴段1,轴段2,轴段3,轴段4,轴段5,轴段6,轴段7,28,2）联轴器选择及轴段1直径d1、长度l1确定：,为补偿联轴器所连接的两轴的安装误差，隔离振动,选弹性柱销联轴器,联轴器安装在轴端上,轴
7、端直径d1应与联轴器孔径相同,联轴器的选型计算：,根据：轴传递的转矩T设备类型(本题带式运输机),计算联轴器计算转矩Tc：,查教材266页表13.1,KA=1.5,29,2）联轴器选择及轴段1直径d1、长度l1确定(续)：,由机械设计手册GB 5014-1985,HL3型弹性柱销联轴器符合要求：公称转矩为630N.m,即630000N.mm434187N.mm,HL3型弹性柱销联轴器性能及尺寸参数：公称转矩为630N.m,许用转速为5000r/min（本题转速90.4r/min）,轴孔直径范围3038mm，轴孔长度60mm。,取联轴器轴孔直径为35mm（dmin=34.7mm）,轴孔长度为60
8、mm，J型轴孔，A型平键联结，联轴器主动端的代号为：HL3 3560 GB 5010-1985。,30,2）联轴器选择及轴段1直径d1、长度l1确定(续)：,取轴端的直径d1=35mm,该轴段长度应比联轴器主动端轴孔长度60mm略短23mm,取l1为58mm。,3）密封圈与密封圈所在轴段2：,轴段2用轴肩对联轴器起轴向定位作用,h=2.453.5mm,则轴段2的直径d2=d1+h=4042mm。,31,3）密封圈与密封圈所在轴段2(续)：,轴段2上有密封圈,工作环境清洁，估计轴颈的圆周速度vd2=40mm轴承内径d3应在标准值系列内：.,30,35,40,45,.,d3=45mm,查机械设计手
9、册得轴承代号号为：7209 C，其主要参数为：,内径d=45mm,外经D=85mm,宽度B=19mm,定位轴肩直径da=52mm,轴肩定位处圆角半径(安装尺寸)rAS=1mm，基本额定动载荷C=29800N,基本额定静载荷C0= 23800N，油润滑极限转速nlim=9000r/min,脂润滑极限转速6700r/min。,33,4）轴承与轴段3及轴段7(续)：,一般情况下，同一轴上的两个轴承应取相同的型号，则轴段3，7的轴承相同，直径相同：,d7=d3=45mm,轴段7的长度l7=B=19mm,5）齿轮与轴段4：,为便于齿轮安装：,d4略d3=45mm,且d4内应取整数。,取d4=48mm。(
10、也可取46或47，49),为便于套筒对齿轮的准确定位,轴段4的长度l4应比齿轮轮毂宽度略短23mm,此处，齿轮轮毂宽度=齿宽b=62mm,l4=b-2=60mm,34,6）轴段5与轴段6：,轴段5为肩环，对齿轮轴向定位：,d5=d4+h,h根据齿轮的导角C1确定为：h3.364.8mm,d5d4+h=48+3.364.8=51.3652.8(mm),取整为55mm。(也可取为53或54mm),肩环的宽度b=1.4h=1.4 (d5-d4)/2=1.4 (55-48)/2=4.9mm取为10mm，即l5=10mm。,轴段6对轴承轴向定位,且考虑便于轴承拆卸,dad6d7 =45mmda轴承安装尺
11、寸52mm,取d6=da=52mm,35,19+20+2=41,7）机体与轴段2,3,6长度：,50-19-5+10+20=56,36,8）键连接：,联轴器及齿轮与轴的周向连接均用A型普通平键连接，分别为键1056 GB 1096-1990及键1456 GB 1096-1990。,4. 轴的受力分析：,1）画轴的受力简图,2）计算支撑反力：,在水平面上：,37,38,2）计算支撑反力（续）：,在垂直平面上：,轴承I的总支撑反力：,轴承II的总支撑反力：,3）画弯扭矩图：,在水平面上：a-a剖面的左侧：,39,3）画弯矩图（续）：,在水平面上：a-a剖面的右侧：,在垂直平面上：a-a剖面：,合成
12、弯矩：a-a剖面左侧：,a-a剖面右侧：,4）画转矩图：,40,5. 校核轴的强度：用安全系数法,a-a剖面的左侧：,弯矩大有转矩键槽有应力集中,a-a剖面左侧为危险剖面,由教材P201附表10.1查得：有键槽的a-a剖面抗弯剖面模量W、抗扭剖面模量WT的计算公式分别为：,41,5. 校核轴的强度（续）：,计算a-a剖面左侧弯曲应力：,计算扭剪应力：,对于调质处理的45钢，由教材P188表10.1查得：,由教材P197查得：碳素钢的平均应力折算为应力幅的等效系数,42,5. 校核轴的强度（续）：,S=6.72S=1.5a-a剖面安全。,43,6. 校核键连接的强度：,联轴器处键连接的挤压应力：
13、,取键、轴及联轴器的材料都为钢，查教材P84表6.1：静连接条件下，显然，,齿轮处键连接的挤压应力：,取键、轴及联轴器的材料都为钢，查教材P84表6.1：静连接条件下，显然，,44,7. 校核轴承寿命：,由机械设计手册查得7209 C的C=29800N, C0=23800N.,1）计算轴承的轴向力：,由教材P219表11.13查得7000 C型轴承的内部轴向力计算公式为：,则轴承I、II的内部轴向力分别为：S1=0.4Fr1=0.41474.1=589.6(N)S2=0.4Fr2=0.41144.3=457.7(N),45,只须校核轴承I的寿命。,1）计算轴承的轴向力（续）：,46,2）计算轴承的当量动载荷P：,3）计算轴承寿命：,轴承在100oC以下工作，查教材P216表11.9得温度系数 f T =1.0。载荷平稳，查表11.10得载荷系数 f P =1.5。,47,3）计算轴承寿命(续)：,已知减速器工作年限5年，两班工作制，则预期寿命为:,轴承寿命很充裕。,
