机械基础项目教程.ppt

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1、项目十,轴与轴承,轴与轴承,下图为一轴系装配图，轴和轴承有哪些类型? 应用在什么地方?,10.,轴,1.轴的类型,10.1.1轴的类型、材料、用途,轴是机器中最基本、最重要的零件之一。它的功用是支承回转零件（齿轮、带轮等）传递运动和动力。根据轴线形状的不同，轴可分为直轴、曲轴和挠性钢丝软轴（简称挠性轴）。,10.,轴,10.1.1轴的类型、材料、用途,1）直轴如图所示，用于一般机械传动中。按其轴径是否变化可分为阶梯轴（图a）和光轴（图b），阶梯轴便于轴上零件的安装与固定，应用最广。按心部结构不同，直轴又可分为实心轴和空心轴。,10.,轴,10.1.1轴的类型、材料、用途,2）曲轴如图所示，常用

2、于往复式机械中，实现运动方式的转换，属于专用零件。如图中的构件1即为曲轴。,曲轴,10.,轴,10.1.1轴的类型、材料、用途,3）挠性轴如图所示，是由几层紧贴在一起的钢丝卷绕而成，可以将扭矩和回转运动传递到空间任意位置。,挠性钢丝轴,10.,轴,10.1.1轴的类型、材料、用途,根据承受载荷不同，轴可分为转轴、心轴、传动轴。1）转轴同时承受扭矩和弯矩的作用，例如齿轮减速器中的轴。2）心轴只需承受弯矩而不受转矩，例如铁路车辆的轴、自行车的前轴等。 3）传动轴只承受扭矩而不承受弯矩或承受弯矩较小的轴，如图所示的汽车传动轴。,汽车传动轴,10.,轴,2. 轴的材料,10.1.1轴的类型、材料、用途

3、,轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工性能等。 轴的主要材料是碳钢和合金钢。1）碳钢 价格低廉，对应力集中的敏感性较低，可以利用热处理提高其耐磨性和抗疲劳强度。常用的有35、40、45、50钢。2）合金钢 合金钢具有较高的机械性能，可以在传递大功率、要求减轻轴的重量和提高轴颈耐磨性时采用，如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢和40Cr等。3）铸铁 对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工，易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。,10.,轴,10.1.2轴的结构,轴的结构必须满足如下要

4、求：（1）轴及轴上零件有确定的工作位置，而且固定可靠。（2）轴上零件的拆装、调整方便。（3）轴的加工工艺性好，有的轴径须符合标准直径系列（如装配轴承的轴径）。（4）有利于提高轴的强度和刚度。,10.,轴,10.1.2轴的结构,为了保证机器的正常工作，零件在轴上应该是定位准确，固定可靠。定位是针对安装而言，以保证零件确定的安装位置；固定是针对工作而言，使零件在运转过程中保持原来位置不变。所以固定和定位必须同时进行。1）轴上零件的轴向固定轴上零件轴向固定的目的是为了保证零件在轴上有确定的轴向位置，防止零件作轴向移动，并能承受轴向力。常用的轴向固定方法见表。,1. 轴上零件的固定方法,10.,轴,1

5、0.1.2轴的结构,10.,轴,10.1.2轴的结构,10.,轴,10.1.2轴的结构,10.,轴,10.1.2轴的结构,2）轴上零件的周向固定轴上零件周向固定的目的是为了保证轴能可靠地传递运动和转矩，防止轴上零件与轴产生相对转动。常用的周向固定方法见表,10.,轴,10.1.2轴的结构,10.,轴,10.1.2轴的结构,10.,轴,10.1.2轴的结构,10.,轴,10.1.2轴的结构,轴的结构工艺性是指轴的结构形式便于加工、便于轴上零件的装配、拆卸，所以，在满足使用要求的前提下，轴的结构形式应尽量简化以便于加工、检验。（1）阶梯轴的级数应尽可能少，直径应该是中间大、两端小，以便于轴上零件的

6、装拆。（2）一根轴上的圆角半径、倒角、退刀槽、中心孔等尺寸应尽可能统一；（3）一根轴上各键槽应开在同一母线上，并尽可能同宽，以减少换刀次数和调整次数，如图所示。,2. 轴的结构工艺性,键槽的位置,10.,轴,10.1.2轴的结构,（4）需要磨削的轴段，应该留有砂轮越程槽，如左图所示；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽，如右图所示。（5）为了便于装配，轴端应加工出倒角。,砂轮越程槽,退刀槽,10.2,滚动轴承,轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承。,10.2

7、,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,滚动轴承是各种机械中普遍使用的标准件。一般机械设计中，滚动轴承不需要自行设计，只需根据载荷、转速、旋转精度和工作条件等各方面的要求，按标准选用。,1. 滚动轴承的组成,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4等组成，如图所示。内圈装配在轴颈上，外圈的外径装配在轴承座或机架座孔上。工作时，多数情况下，内圈与轴一起转动，外圈不转动；也可以外圈转动，内圈不动。当内外圈之间相对转动时，滚动体沿着内、外圈滚道滚动。保持架的作用是使滚动体均匀隔开，防止运转时滚动体间互相摩损。,滚动轴承的基本结构,1

8、0.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,滚动轴承的分类方法很多（1）按滚动体的形状分为球轴承和滚子轴承（如图）。滚动体的形状如图所示，（a）为球状，（b）(f)为滚子。,2. 滚动轴承的类型,滚动轴承的基本结构,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,（2）按滚动体列数分：有单列（图a）、双列（图b）、多列（图c）。,滚动轴承的类型,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,接触角是滚动轴承的一个重要参数。滚动体与外圈轨道接触点的法线和轴承半径方向的夹角称为轴承公称接触角，用表示，如图所示。,轴承公称接触角,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与

9、类型,3） 按轴承的内部结构和所能承受的外载荷或公称接触角的不同，滚动轴承分为：,（1）深沟球轴承（向心球轴承）主要承受径向载，也可受较小的双向轴向载荷，结构简单，价格低，最常用。 （2）调心球轴承主要承受径向载荷，也可承受较小的双向轴向力，能自动调心，适于轴的刚性较差的场合。 （3）圆柱滚子轴承只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力大，支承刚性好，外圈或内圈可以分离，或不带内外圈，适于要求径向尺寸较小的场合。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,（4）角接触球轴承能同时承受径向载荷和单向轴向力，接触角越大，承受轴向载荷能力越高。一个轴承只能承受单方向的轴向力，为承受双

10、向轴向力应成对使用，对称安装。（5）圆锥滚子轴承能同时承受径向载荷和单向轴向载荷，承载能力高于角接触球轴承，但极限转速稍低，外圈可分离，一般应成对使用，对称安装，但安装调整比较麻烦。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,（6）推力球轴承单向推力球轴承51000，只能受单向轴向载荷；双向推力球轴承52000能承受双向轴向载荷。不能承受径向载荷，且允许极限转速较低，高速时，由于离心力较大，钢球与保持架磨损发热较严重。（7）滚针轴承只能承受径向载荷，承载能力较高，径向尺寸小。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,滚动轴承类型很多，每一类型又有不同的尺寸和结构等多种

11、规格，为了表示各类滚动轴承的结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征，GB/T272规定了滚动轴承代号，代号打印在轴承的端面上，以便于识别。,3.滚动轴承的代号,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，见表。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,1) 基本代号基本代号由三部分组成，从右向左排列的顺序是：内径代号、尺寸系列代号、类型代号。（1） 内径代号一般用两位数字表示，代表轴承的内径尺寸，表示方法见表。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,（2）

12、尺寸系列代号同一内径轴承，为满足需要有不同的外径和宽度。如图a所示为同一内、外径有不同的宽度； 图b所示为同一内径，有不同外径和宽度。外径和宽度用数字为代号，分别称为直径系列和宽度系列。,滚动轴承的类型,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,尺寸系列代号由直径系列代号和宽度系列代号两项构成。具体内容见表10.5。大多数窄系列的轴承的代号可以省略，但窄系列的圆锥滚子轴承和调心滚子轴承不可省略。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,类型代号由数字或字母表示，代表轴承的类型。各类轴承的类型代号见表。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,类型代号由数

13、字或字母表示，代表轴承的类型。各类轴承的类型代号见表。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,类型代号由数字或字母表示，代表轴承的类型。各类轴承的类型代号见表。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,类型代号由数字或字母表示，代表轴承的类型。各类轴承的类型代号见表。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,2）后置代号后置代号表示轴承内部结构、公差等级、游隙这三项。（1）内部结构代号表示角接触轴承的接触角不同，见表,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,（2）公差等级代号：滚动轴承共有六个公差等级，由低到高为P0、P6、P5、P6X

14、、P4、P2，P0级可以省略不写，标注时在P前加/。如：6206/P5，表示轴承精度为P5级；6206，表示轴承精度为P0级。（3）轴承游隙：轴承游隙是滚动轴承内部的内、外圈之间留有的相对位移量。同一类型的轴承可以有不同的游隙，共分为六个组，代号分别为/C1、/C2、/C0、/C3、/C4、/C5。其中/C0为常用的基本游隙，标注时可以省略。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,选择滚动轴承类型时，应根据轴承的工作载荷（包括载荷大小、是否有冲击及载荷的方向）、转速、轴的刚度及其它要求，选择时可参考以下原则：（1）当转速较低、载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小、转

15、速较高、要求旋转精度较高时，宜用球轴承。（2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承。,4滚动轴承的类型选择,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,（3）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。（4）当轴的挠曲变形大或轴承座孔不同、跨度大而对支承有调心要求时，应选用调心轴承。（5）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴承。（6）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结

16、构的轴承便宜。,10.2,滚动轴承,10.2.1滚动轴承的组成与类型,5滚动轴承的失效形式,3) 磨粒磨损,1) 疲劳点蚀,4) 胶合,2) 塑性变形,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,1. 轴承组的轴向固定,滚动轴承组成的支承结构必须满足轴系轴向定位可靠、准确的要求，并要考虑轴在工作中有热伸长时其伸长量能够得到补偿。常用轴承组轴向定位的方式有以下三种。,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,1） 双支撑单向固定（两端固定式）如图a所示为两端固定式支承结构，轴的两个支点中每个支承点只能限制轴的单方向移动，两个支承点合起来就限制了轴的双向移动。这种支承形式结构简单，适

17、用于工作温度变化不大的短轴（跨距350mm）。考虑温度升高后轴的伸长，为使轴的伸长不致引起附加应力，在轴承盖与外圈端面之间留出热补偿间隙c0.20.4mm，如图b，也可由轴承游隙来补偿。当采用角接触球轴承或圆锥滚子轴承时，轴的热伸长量只能由轴承的游隙补偿。间隙和轴承游隙的大小可用垫片或调节螺钉等来调节。,两端固定式,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,2）单支撑双向固定式（一端固定、一端游动） 在图所示的支承结构中，一个支点为限制轴的左、右（图中左端）移动，另一个支点则可作轴向移动（图中右端），这种支承结构称为游动支承。选用深沟球轴承作为游动支承时应在轴承外圈与端盖间留适当间隙；

18、选用短圆柱轴承作为游动支承时（图b），依靠轴承本身具有内、外圈可分离的特性达到游动目的。这种固定方式适用于工作温度较高的长轴（跨距350mm）。作为固定支撑的轴承（图中左端），应能承受双向载荷，外圈两侧都要固定。为防止内圈与轴分离，内圈两侧都要固定。,单支撑双向固定式,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,3）两端游动如图所示的人字齿轮传动中，小齿轮轴两端的支承均可沿轴向游动，即为两端游动，而大齿轮轴的支承结构采用了两端固定结构。由于人字齿轮的加工误差使得轴转动时产生左右窜动，而小齿轮轴采用两端游动的支承结构，满足了其运转中自由游动的需要，并可调节啮合位置。若小齿轮轴的轴向位置也固

19、定，将会发生干涉以至卡死现象。,两端游动式,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,2. 滚动轴承位置的调整,1）轴承间隙的调整 （1） 调整垫片：如图a所示，靠加减轴承盖与机座之间的垫片2厚度来调整轴承间隙的。,调整轴的位置和轴承内部间隙,1-垫片；2-压盖；3-螺钉；4-螺母,（2）调节螺钉：如图b所示，用螺钉1通过轴承外圈压盖3移动外圈的位置来进行调整的。调整后，用螺母2锁紧防松。,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,2）轴系位置的调整某些场合要求轴上安装的零件必须有准确的轴向位置，例如，圆锥齿轮传动要求两锥齿轮的节锥顶点相重合，这种情况下需要有轴向位置调整的措施

20、。,调整轴的位置和轴承内部间隙,1-垫片；2-压盖；3-螺钉；4-螺母,图a所示为圆锥齿轮轴承组合位置的调整方式，通过改变套杯与箱体间垫片1的厚度，使套杯作轴向移动，以调整锥齿轮的轴向位置。,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,3. 滚动轴承的配合及拆装,1）滚动轴承的配合 滚动轴承的配合是指内圈与轴径、外圈与座孔的配合，轴承内孔与轴径的配合采用基孔制过盈配合，就是以轴承内孔确定轴的直径；轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制的过渡配合。,2）滚动轴承的装配与拆卸滚动轴承是精密组件，因而装拆方法必须规范，否则会使轴承精度降低，损坏轴承和其它零部件。装拆时，要求滚动体不受力，装拆力要对

21、称或均匀加在座圈端面上。,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,安装方法： 过盈较小的用软锤均匀敲击套圈装入； 用压力机压入（较大的轴承）； 热套法：将轴承放入油池中加热至80100，然后套在轴上。和适用于过盈较大的配合。拆卸方法： 压力机压出轴颈； 轴承拆卸器将内圈拉下，如图所示。轴肩高度应低于轴承内圈高度。,轴承的拆卸,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,4. 滚动轴承的润滑与密封,1）滚动轴承的润滑为降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；延长使用寿命，并降低噪音，滚动轴承要进行润滑。2）润滑方式滚动轴承一般采用油润滑和脂润滑，油润滑有油浴、滴油、喷油等。润滑

22、方法的选择主要与轴承的速度有关，即dn值。,10.2,滚动轴承,10.2.2滚动轴承组合设计,3）滚动轴承的密封密封目的是防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。滚动轴承常用的密封方式见表。,10.3,滑动轴承,10.3.1滑动轴承的特点、应用、分类,1. 滑动轴承的特点,工作时轴承和轴颈的支承面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承，称为滑动轴承。滑动轴承包含零件少，工作面间一般有润滑油膜且为面接触，所以它的优点：（1）承载能力高；（2）工作平稳可靠、噪声低；（3）径向尺寸小；（4）精度高；（5）流体润滑时，摩擦、磨损较小；（6）油膜有一定的吸振能力。缺点：非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大，磨损严重。,

23、10.3,滑动轴承,10.3.1滑动轴承的特点、应用、分类,2. 滑动轴承类型,按承载：向心轴承（承受径向载荷）；推力轴承（承受轴向载荷）按润滑状态：流体润滑轴承；非流体润滑轴承；无润滑轴承（不加润滑剂）,10.3,滑动轴承,10.3.1滑动轴承的特点、应用、分类,3. 应用,（1）转速特高或特低；（2）对回转精度要求特别高的轴；（3）承受特大载荷；（4）冲击、振动较大时；(5）特殊工作条件下的轴承；（6）径向尺寸受限制或轴承要做成剖分式的结构。例：机床、汽轮机、发电机、轧钢机、大型电机、内燃机、铁路机车、仪表、天文望远镜等。,10.3,滑动轴承,10.3.2滑动轴承的结构和材料,1. 径向滑

24、动轴承,径向滑动轴承可以分为整体式和剖分式（对开式）两大类。1）整体式径向滑动轴承图所示为整体式滑动轴承。由轴承座和轴承套（轴瓦）组成。轴承套压装在轴承座孔中，一般配合为H8/s7。轴承座用螺栓与机座联接，顶部设有安装注油油杯的螺纹孔。轴套上开有油孔，并在其内表面开油沟以输送润滑油。,整体式滑动轴承,10.3,滑动轴承,10.3.2滑动轴承的结构和材料,2）对开式滑动轴承图所示为剖分式滑动轴承。是由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓组成。轴承座和轴承盖用二（或四）个螺栓联接。为了防止轴承盖和轴承座横向错动和便于装配时对中，轴承盖和轴承座的剖分面做成阶梯状。对开式滑动轴承不用做轴向移动，装拆方便。另

25、外，适当增减轴瓦剖分面间的调整垫片，可以调节轴颈与轴承之间的间隙。,10.3,滑动轴承,10.3.2滑动轴承的结构和材料,3）自动调心轴承如图所示，轴承的结构特点是轴瓦的外表面做成凸形球面，与轴承盖及轴承座上的凹形球面箱配合，当轴变形时，轴瓦可随轴线自动调节位置。,自动调心轴承,10.3,滑动轴承,10.3.2滑动轴承的结构和材料,推力滑动轴承用于承受轴向载荷。如图所示，它由轴承座、套筒、径向轴瓦、止推轴瓦所组成。,推力滑动轴承,2. 推力滑动轴承,10.3,滑动轴承,10.3.2滑动轴承的结构和材料,相对滑动端面通常采用环状端面。当载荷较大时，可采用多环轴颈，这种结构能够承受双向轴向载荷，如

26、图所示。,多环推力轴承,10.3,滑动轴承,10.3.2滑动轴承的结构和材料,滑动轴承的材料指轴瓦材料。滑动轴承的主要失效形式有：磨粒磨损、刮伤、胶合、疲劳剥落等 。轴承材料性能应着重满足以下主要要求： （1）良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性； （2）良好的顺应性，嵌入性和磨合性； （3）足够的强度和必要的塑性； （4）良好的耐腐蚀性、热化学性能（传热性和热膨胀性）和调滑性（对油的吸附能力）； （5）良好的工艺性和经济性等。,3. 轴承材料,10.3,滑动轴承,10.3.2滑动轴承的结构和材料,常用材料有：,1）轴承合金（通称巴氏合金或白合金）,2）铜合金,3）铸铁,4）多孔质金属材料,5）非金

27、属材料,10.3,滑动轴承,10.3.2滑动轴承的结构和材料,轴瓦的结构：整体式、剖分式。对开式轴承的轴瓦由上下两半组成。为使轴瓦既有一定的强度，又有良好的减磨性，常在轴瓦内表面浇铸一层减磨性好的材料，称为轴承衬。轴承衬应可靠的贴合在轴瓦表面上，为使轴承衬与轴瓦结合牢固，可在轴瓦内壁制出沟槽，如图所示。,4. 轴瓦结构,瓦背内壁沟槽,10.3,滑动轴承,10.3.2滑动轴承的结构和材料,为了将润滑油引入轴承，并布满于工作表面，常在其上开有供油孔和油沟；供油孔和油沟应开在轴瓦的非承载区否则会降低油膜的承载能力。轴向油沟也不应在轴瓦全长上开通，以免润滑油自油沟端部大量泄漏。,油沟形状及位置,10.3,滑动轴承,10.3.3滑动轴承的润滑,润滑剂分为,1. 润滑剂及其选择,润滑油,01,固体润滑剂,03,润滑脂,02,10.3,滑动轴承,10.3.3滑动轴承的润滑,2. 润滑方法,供油方法与装置,