机械设计基础教案Word格式.docx

1、1、高转速 如高速磨床2、高速重载、低速重载、冲击载荷 如轧钢机、天文望远镜、码头升船台、水泥搅拌机、破碎机等 3、径向尺寸较小4、特殊工作条件滑动轴承的设计内容：l）决定轴承的结构型式；2）选择轴瓦和轴承衬的材料；3）决定轴承结构参数；4）选择润滑剂和润滑方法；5）计算轴承工作能力。二、摩擦状态摩擦是指在外力作用下，一物体相对另一物体运动或有运动趋势时，在其接触表面间所产生切向阻力（摩擦力）的现象。根据两表面之间有油、无油，油多、油少的不同情况，可能产生以下几种摩擦状态：干摩擦当两摩擦表面间无任何润滑剂时，其接触表面直接接触发生的摩擦，称为干摩擦。在此状态下，不仅会造成严重的磨损，使得大量的

2、摩擦功损耗，还会发生强烈的温升。所以，对滑动轴承是不允许出现干摩擦的。边界摩擦两摩擦表面间有润滑油存在，由于润滑油与金属表面具有吸附作用（这是因为在润滑油中，有一种称之为脂肪酸的元素，是一种极性化合物，它的极性分子的吸附能力很强，能够牢固的吸附在金属的表面上）使金属表面上吸附有一层很薄的油膜边界油膜由于边界油膜很薄，一般1 m，不足以把粗糙的金属表面完全隔开，但在一定程度上可以减轻磨损。液体摩擦有充足的润滑油，摩擦表面被一层流体（液体）完全隔开时的状态。此时金属表面不直接接触，消除了磨损、减小了摩擦损耗，其摩擦性质仅取决于流体内分子的粘性阻力，是一种比较理想的工作状态混合摩擦状态 在一般机器中

3、，摩擦的表面多处于干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的混合状态，称为混合摩擦状态。又称非液体摩擦状态12-2 滑动轴承的结构与材料一、滑动轴承的结构型式（一）滑动轴承的类型按照承受载荷的方向分：径向轴承，又称向心滑动轴承，主要承受径向载荷；推力轴承，承受轴向载荷。按摩擦状态分：液体润滑滑动轴承：液体动压润滑滑动轴承、液体静压润滑滑动轴承非液体润滑滑动轴承（二）向心滑动轴承的结构型式常用的向心滑动轴承有整体式和剖分式两大类。1、整体式轴承如图所示是一种常见的整体式径向滑动轴承。轴承座 用螺栓与机座联接，顶部设有装油杯的螺纹孔。轴承孔内压入用减摩材料制成的轴套，轴套上开有油孔，在内表面上开油沟以输送润滑油

4、。整体式轴承构造简单，常用于低速、载荷不大的间歇工作的机器上。缺点：l）当滑动表面磨损而间隙过大时，无法调整轴承间隙；2）轴颈只能从端部装入，对于粗重的轴或具有中轴颈的轴安装不便。2、剖分式如图所示的剖分式轴承，其结构组成为轴承座轴承盖 顶部有油孔剖分轴瓦 瓦上有油孔、油沟轴承盖与轴承座用螺柱联接。油沟型式轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d称为宽径比，它是向心滑动轴承的重要参数之一。 对于液体摩擦滑动轴承，常取B/d=0.51 对于非液体摩擦滑动轴承，常取B/d=0.81.5（三）推力轴承 常见的推力轴承止推面的形状如图所示。二、轴承材料轴瓦是滑动轴承中的重要零件。轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。

5、（一）对轴承材料的要求根据滑动轴承的工作情况，其主要失效形式为：磨损疲劳损坏轴承衬脱落高温时，发生胶合或“抱轴”鉴于以上原因，轴瓦材料应考虑具有以下几方面性能：1）摩擦系数小2）导热性好，热膨胀性系数小3）耐磨性、耐腐蚀性、抗胶合能力强4）具有良好的塑性、嵌藏性5）具有足够的机械强度等由于一种材料很难同时满足上述各项要求，因此为了满足轴承的工作要求，改善轴瓦表面的摩擦性质，在结构上，常在轴瓦内表面上浇铸或压合一层或两层减摩材料通常称为轴承衬。如图所示。（二）常用轴承材料1、轴承合金 又称白合金、巴氏合金1） 锡锑轴承合金特点：摩擦系数小，抗胶合性能好，对油的吸附性强，耐腐蚀性好，易跑合。 价格

6、较贵，机械强度较差。只能做轴承衬。常用于高速、重载的轴承。2）铅锑轴承合金各方面性能与锡锑轴承合金相同，但材料较脆，不宜承受较大的冲击载荷。 一般用于的中速、中载的轴承。2、青铜1） 锡青铜2）无锡青铜：铝青铜铅青铜强度高，承载能力大，耐磨性、导热性优于轴承合金，可在较高的温度（250C）下工作。但可塑性性差，不宜跑合。可以单独做成轴瓦，也可将青铜浇注在钢或铸铁轴瓦的内壁上，做轴承衬。 在一般情况下可分别用于中速重载、中速中载和低速重载的轴承。3）粉末冶金材料用粉末冶金材料（经制粉、成型、烧结等工艺）制成的轴承，具有多孔性组织，孔隙内可以贮存润滑油，常称含油轴承。常用于加油不方便的场合。4）铸

7、铁主要用于不重要的或低速轻载的轴承5）非金属材料橡胶轴承具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳。 常用于如潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。塑料轴承具有摩擦系数低，可塑性、跑合性良好，耐磨、耐蚀。有自润滑性能，可用水、油及化学溶液润滑。但导热性较差，膨胀系数较大，容易变形。常用金属轴瓦材料的许用值和性能见表15112-3润滑剂和润滑装置一、润滑剂滑动轴承润滑的目的：主要是减小摩擦功耗，降低磨损率，同时还可起冷却、防尘、防锈以及吸振等作用。滑动轴承能否正常工作，和选择润滑剂正确与否有很大关系。润滑剂的种类：液体润滑剂润滑油半固体润滑剂润滑脂固体润滑剂如石墨、二硫化钼等1、润滑油目前使用的润滑

8、油主要是矿物油。润滑油最重要的物理性能是粘度，也是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦性能。 如图所示为被润滑油分开的两平行平板，当力F拖动上平板且润滑油作层流流动时，油层间的切应力与其速度梯度 成正比关系即 （牛顿液体流动定律）式中A移动板的面积比例常数，即液体的（动力）粘度。负号意即速度u随距离y的增加而减小。动力粘度的单位如图所示为长、宽、高各为l m的液体，当上、下平面发生1 ms相对速度需要的切向力为1 N时，该液体的粘度为 1 Pas（即 1 Ns / m2）。工业上常用动力粘度与与同温度下该液体密度的比值表示粘度，称之为运动粘度 即矿物油密度= 850 kgm3900

9、kgm3。 Pas和 rn2 S都是我国法定计量单位。粘度单位换算 过去常以cm2 s作为运动粘度单位，称为St（斯）；百分之一St称为 cSt（厘斯），单位为mm2s。m2s、St和cSt的换算关系是 1 m2s 104 St 106 cSt 动力粘度的物理单位是 P（泊）1 P l dynscm2 ，百分之一P称为 cP（厘泊） ，即 1 P 100 cP。Pas和P、cP的换算关系是 1 Pas 10 P1000 cP 常用润滑油的主要性质，见表152温度和压力对润滑油粘度的影响 润滑油的粘度并不是不变的：粘度随着温度的升高而降低。对运行中的轴承来说，应引起注意。几种工业用润滑油在不同温

10、度下的动力粘度可查图1511或手册。如果温度对粘度的影响越小，油的品质越高。粘度随着压力的增大而升高。实验表明：当压力小于 5 N / mm2 （50 at 工业大气压）时，压力对粘度的影响很小，可忽略不计。 5 N / mm2100 N / mm2 压力对粘度具有一定影响 大于100 N / mm2 压力对粘度影响很大润滑油的选择：在选用润滑油时，要考虑速度、载荷和工作情况。载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的润滑油。载荷小、速度高的轴承，宜选用粘度小的润滑油。2、润滑脂润滑脂是用矿物油与各种稠化剂（钙、钠、铝等金属皂）混合稠化制成。脂的稠度大，不易流失；对载荷和速度的变化有较大的适应范围；

11、摩擦功耗大，机械效率低，不宜在高速下使用；物理和化学性质不如润滑油稳定，容易变质。 对一般参数的机器，特别是低速或带有冲击的机器，都可以使用润滑脂。润滑脂的种类： 钙基润滑脂具有耐水性，在100附近开始稠度急剧降低，因此只能在60以下使用。是工业上应用最广的润滑脂钠基润滑脂不耐水，一般用在115145 以下范围；锂基润滑脂有一定的耐水性和较好的稳定性，适用于20150的范围。 可代替钙基或钠基润滑脂。 3、固体润滑剂 固体润滑剂有：石墨性能稳定，在350以上才开始氧化，可在水中工作二硫化钼（MoS2）与金属表面的吸附性强，摩擦系数低，使用温度在60300，遇水则性能下降；聚氟乙烯树脂摩擦系数低

12、。 固体润滑剂一般在超出润滑油使用范围才考虑使用，如 在高温介质中 在低速重载下二、润滑装置向轴承供给润滑油或润滑脂的方法很重要，尤其是油润滑，轴承的润滑状态与润滑油的供给方法有关。润滑油的供给方法：间歇供油连续供油润滑脂的供给方法：润滑脂只能间歇供应。润滑杯（黄油杯），应用最广的脂润滑装置。黄油枪。12-4非液体摩擦滑动轴承的计算设计依据维持边界油膜不发生破裂为基本要求。由于边界油膜的强度和导致油膜破裂的因素很复杂，所以，目前在工程上，常用简单的条件性计算来确定非液体摩擦滑动轴承的尺寸。一、向心轴承： 1、轴承的平均压强 （单位面积上的压力） pp 目的：为了使轴承不产生过度磨损2、轴承的p

13、v值 pvpv为了限制轴承的温升二、推力轴承式中F一轴向载荷，N；v推力轴颈平均直径处的圆周速度，ms；n轴转速，rmin；d一轴颈内径，mm；z一轴环数。12-5动压润滑的基本原理（略）12-6 滚动轴承构造及特点一、滚动轴承的构造典型的滚动轴承构造如图，由四部分组成内圈外圈滚动体（与滑动轴承的根本区别）保持架 （防止滚动体之间碰撞、摩擦和磨损）滚动轴承的材料考虑到滚动轴承工作时，内、外圈和滚动体之间具有较大的接触应力，因而用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造。如：GCr9、GCr15、GCrl5SiMn等 G表示滚动轴承钢淬火后硬度应不低于6165 HRC，工作表面要求磨削抛光。保持架不承受

14、载荷，要求匹配的材料具有减磨性。常用的材料有：低碳钢板冲压后铆接或焊接而成。铝合金酚醛层压布板工程塑料等二、滚动轴承的设计及特点滚动轴承的优缺点（与滑动轴承比较）1）启动灵敏：滚动摩擦阻力矩小；2）滚动体与内、外圈滚道之间的间隙比较小，而且有些轴承可通过预紧方法消除，运转精度高：3）轴承的宽度比滑动轴承小，可使机器的轴向结构紧凑；4）轴承组合结构较简单；5）消耗润滑剂少，便于密封，易于维护；6）不需要用贵重的有色金属；7）滚动轴承是标准件，标准化程度高，由专门的轴承工厂成批生产，能保证质量，成本较低，在使用、安装、更换等方面又很方便。广泛的应用在中速、中载和一般工作条件下运转的机器中。 存在缺

15、点：8）承受冲击载荷能力较差；9）高速重载荷下轴承寿命较低；10）振动及噪声较大；11）径向尺寸比滑动轴承大。滚动轴承的设计内容由于滚动轴承是标准件，其材料、尺寸、型号等都已标准化、系列化，并且由专门的、生产工艺自动化程度较高的轴承工厂大批的生产着各种类型、不同规格和尺寸的轴承，其设计者主要任务是要熟悉国家关于轴承的标准、了解各种轴承的结构和特点，并根据机器的工作条件等方面的要求，进行合理的选用。同时需要考虑轴承的安装、布置、调整、预紧、固定、配合、润滑、密封、轴的支承刚度等因素。因此滚动轴承的设计包括两个方面的内容：滚动轴承的选择设计类型的选择、尺寸的选择与工作能力的计算滚动轴承的组合设计解

16、决轴承的安装、布置、预紧、固定、配合、润滑、密封等问题。12-7滚动轴承的代号和类型选择一、滚动轴承的分类 向心轴承：Fr 或Fr + FA 径向接触轴承按轴承承受载荷的方向分（两大类） 向心角接触轴承 推力轴承：FA 或 FA + Fr 轴向接触轴承 推力角接触轴承按滚动体形状分球轴承 滚子轴承按滚动体列数（排数）分单列 双列滚动体的大小和数量直接影响轴承的承载能力滚动体的形状亦直接影响轴承的承载能力按国家的标准GB分93年国家标准执行国际标准化组织颁布的标准，将轴承分为14类，并且用规定的代号来表示。二、滚动轴承的基本类型、性能和特点 基本概念1）游隙：滚动体与内、外圈滚道之间的间隙 游隙

17、是轴承的重要性能指标，其大小对轴承的工作寿命、旋转精度、温升、噪音等性能影响很大。一般需根据轴承的配合精度、旋转精度、润滑条件、工作温度等要求来确定。2）接触角滚动体与外拳滚道接触点的法线与径向平面间的夹角 接触角是表征轴承结构的参数，也是反映轴承能否承受轴向载荷能力的重要参数。 向心球轴承 角接触球轴承 角接触滚子轴承 推力球轴承 一般来说 FA； 反之 FA =0 Fr 045 主要承受 Fr，同时可承受较大 FA 4590主要承受 FA，同时可承受较大 Fr =90 FA3）角偏差 在理想的情况下，轴承内圈轴线与外圈轴线是重合的，但实际上，由于各种原因使轴承内圈轴线与外圈轴线不重合，发生

18、相对倾斜的现象称为角偏差，其夹角称为角偏差。造成倾斜的原因： 轴承座孔不平行 轴承座孔不同轴 轴的弯曲变形如果轴承能够在较大倾斜角的情况下正常工作，则把轴承具有的这种性能成为调心性能，具有调心性能的轴承称为调心轴承4）、极限转速nlim 指轴承在一定的载荷及润滑条件下，轴承所允许的最大工作转速。 各种轴承的极限转速，可以从手册中查取。常用滚动轴承的类型名称、性能和特点类型代号轴承名称标准号性能特点极限转速比允许角偏差10000GB281双排钢球，外圈滚道为内球面形，具有自动调心性能。主要承受径向载荷，也能承受不大的双向轴向载荷中3角偏斜20000与调心球轴承相似。双排滚子，有较高承载能力。允许

19、角偏斜小于调心球轴承低12530000能同时受径向和单向轴向载荷，承载能力大。内、外圈可分离，安装时可调整游隙。成对使用。允许角偏斜较小250000只能受单向轴向载荷回转时，因钢球离心力与保持架摩擦发热，故极限转速较低。套图可分离0 能受双向的轴向载荷。其他同推力球轴承6（0）GB276 GB4221结构简单。主要受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。高速装置中可代替推力轴承。摩擦系数小，极限转速高，价廉。应用范围最广高8167（6）能同时受径向载荷和单向轴向载荷。接触角有15、25和 40三种，轴向承载能力随接触角增大而提高。需成对使用.2108（9）能承受较大单向轴向载荷，轴向刚度高。极

20、限转速低，不允许轴与外圈轴线有倾斜N（2）用以受较大的径向载荷。内、外圈间可作自由轴向移动，不能受轴向载荷。滚子与套圈间是线接触，只允许有很小角位移24NA0000滚针轴承只能承受径向载荷，承载能力大，径向尺寸特小不允许滚动轴承类型的选择选择滚动轴承类型时，可根据轴承的工作载荷（大小、性质、方向）、转速的高低、轴的刚度及其他使用要求进行选择：根据上述类型的性能特点介绍可归纳如下：球轴承极限转速高于滚子轴承；向心轴承的极限转速高于推力轴承；单列的高于双列的极限转速；滚子轴承的承载能力高于球轴承；双列轴承的承载能力高于单列轴承；调心轴承具有调心作用，适合于同轴度不高、轴的刚度较小的场合；角接触轴承

21、能够承受径向和轴向双向载荷；其次，球轴承的价格低于滚子轴承的价格。因此，在选择轴承时：转速较高、载荷较小时宜选用球轴承；转速较低、载荷较大或有冲击载荷时则选用滚子轴承。同时受径向和轴向联合载荷，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；若径向载荷较大、轴向载荷小时，可选用深沟球轴承；当轴向载荷较大、径向载荷小时，可采用推力角接触球轴承或选用推力球轴承和深沟球轴承的组合结构。当两轴承座孔轴线不对中或由于加工、安装误差和轴挠曲变形大等原因使轴承内外圈倾斜角较大时选用调心轴承。为便于安装拆卸和调整间隙常选用内外圈可分离的分离型轴承，如圆锥滚子轴承等。选轴承时，精度等级的选择要注意经济性球轴承比滚子轴承便宜

22、；同型号尺寸公差等级为P0、P6、P5、P4、P2的滚动轴承价格比约为1：15：2：7：10。三、滚动轴承的代号由于滚动轴承有多种类型，每一种类型的轴承又有不同结构尺寸、不同的制造精度、不同的使用技术要求。为了便于组织生产和选择使用，国家对滚动轴承编制了代号。国家标准 GBT 27293规定的轴承代号由三部分组成：基本代号是轴承代号的核心；前置代号和后置代号都是轴承代号的补充，只有在遇到对轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等有特殊要求时才使用，一般情况的可部分或全部省略。一、基本代号 表示轴承的基本类型、结构和尺寸，包括三项内容： X XX XX 类型代号 尺寸系列代号 内径代号类型代号

23、：用数字或字母表示不同类型的轴承，如上表所示；尺寸系列代号：由两位数字组成。前一位数字代表宽度系列（向心轴承）或高度系列（推力轴承）；后一位数字代表直径系列。（表示外径大小）内径代号：表示轴承公称内径的大小，用数字表示。 如果内径代号为 00 d=10 mm 01 12 mm 02 15 mm 03 17 mm 0496 =（0499）5 mm 二、前置代号： 用字母表示，其代号及其含义可查手册。三、后置代号：用字母（或加数字）表示后置代号共有8组，表示时，分别用“/”分开，其顺序及含义分别为：12345内部结构密封、防尘与外部形状保持架及其材料轴承材料公差等级游隙配置其他 如：内部结构代号：

24、用字母表示。C、AC、和B分别代表公称接触角 15。公差等级代号：有PO、/P6、/P6X、/P5、P4、P2 6个等级代号其他内容可查相关手册12-8滚动轴承的寿命计算一、失效形式滚动轴承在中心轴向载荷的作用下，可认为载荷由各滚动体平均分担；滚动轴承在纯径向载荷作用下，如果内外圈不变形，则只有半圈滚动体受载，且各滚动体的受载大小也不同。在载荷作用方向上的滚动体受力最大。受载最大的滚动体的载荷为：式中Fr轴承所受的径向力Z滚动体个数。滚动轴承的失效形式1）疲劳破坏2）永久变形3）磨损等。滚动轴承的设计计算准则1）对于一般工作条件下转动轴承寿命计算 静强度计算 2）对于转速较低的或作摆动运动轴承

25、静强度计算3）对于转速较高的轴承除要作上述计算外，还应作极限转速的计算二、滚动轴承寿命1、基本概念滚动轴承的寿命指滚动轴承工作时，任一元件发生疲劳点蚀前，轴承转过的总转数或一定转数下的工作小时数。滚动轴承的基本额定寿命指一批相同的轴承，在同样的条件下运转，当有10的轴承发生疲劳点蚀前，轴承转过的总转数或一定转数下的工作小时数。用L10 表示。滚动轴承基本额定动载荷基本额定寿命为一百万转时轴承所能承受的恒定载荷取为基本额定动载荷，用Cr、Ca表示2、滚动轴承的寿命计算公式：大量的试验表明，滚动轴承的基本额定寿命L与基本额定动载荷C、当量动载荷P之间的关系为或 h式中 寿命指数，对于球轴承 =3 对于滚子轴承 =10/3n 轴承的转数， rmin， 考虑到轴承在温度高于100C下工作，基本额定动载荷C有所降低，故引进温度修正系数fT，考虑到工作中的冲击和振动会使轴承寿命降低，为此引进载荷修正系数fP。这样，经过修正后滚动轴承的寿命计算公式为 h式中 fT温度系数，见表169fP载荷系数，见表1610轴承预期寿命的参考值见表1611三、滚动轴承的当量动载荷将实际工作载荷转化为与基本额定动载荷的载荷形式相同、作用效果相当的载荷当量动载荷。当量动载荷是一个假想的载荷在