任務(wù)七滾動軸承及其選擇7.1滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和應(yīng)用特點7.2

滾動軸承代號7.3

滾動軸承的選擇7.4

滾動軸承組合設(shè)計

軸承的功用是支撐軸及軸上零件，減少軸與支承之間的摩擦和磨損，保證軸的旋轉(zhuǎn)精度。根據(jù)工作面摩擦性質(zhì)的不同，軸承可分為滑動軸承(圖7-2)和滾動軸承(圖7-1)。圖7-1滾動軸承圖7-2滑動軸承

7.1滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和應(yīng)用特點1.滾動軸承的組成滾動軸承的結(jié)構(gòu)如圖7-3所示，它是由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4組成的。內(nèi)圈裝在軸徑上，與軸一起轉(zhuǎn)動。外圈裝在機座的軸承孔內(nèi)，一般不轉(zhuǎn)動。內(nèi)、外圈上設(shè)置有滾道，當(dāng)內(nèi)、外圈之間相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體沿著滾道滾動，保持架使?jié)L動體均勻分布在滾道上，減少了滾動體之間的碰撞和磨損。滾動體的形狀多種多樣，常見的滾動體形狀如圖7-4所示，有球形滾子、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子等。圖7-3滾動軸承的結(jié)構(gòu)圖7-4滾動體形狀

2.滾動軸承的基本類型

1)按軸承所能承受載荷的方向或公稱接觸角的大小分類

(1)向心軸承：當(dāng)公稱接觸角α?=?0°時，稱為徑向接觸軸承，主要承受徑向載荷，有些可承受較小的軸向載荷。當(dāng)公稱接觸角α?=?0°～45°時，稱為向心角接觸軸承，可同時承受徑向載荷和軸向載荷。

(2)推力軸承：當(dāng)公稱接觸角α?=?45°～90°時，稱為推力角接觸軸承，主要承受軸向載荷，可承受較小的徑向載荷。當(dāng)公稱接觸角α?=?90°時，稱為軸向接觸軸承，只能承受軸向載荷。

如圖7-5所示，α為滾動體與外圈接觸點的法線與垂直于軸承軸心線的徑向平面之間的夾角，稱為滾動軸承的公稱接觸角。它的數(shù)值越大，軸承承受軸向載荷的能力越強，因此，它是滾動軸承的一個重要參數(shù)。圖7-5軸承的公稱接觸角

2)按滾動體類型分類

滾動體為球體的軸承為球軸承。除了球軸承以外，其他的滾動軸承均為滾子軸承。

3)按軸承在工作中能否調(diào)心分類

調(diào)心軸承允許內(nèi)圈對外圈的軸線偏位角大，非調(diào)心軸承則相對較小。

常用滾動軸承的類型和主要特性見表7.1。

3.滾動軸承的應(yīng)用特點

滾動軸承具有摩擦阻力小，啟動靈敏，效率高，可用預(yù)緊的方法提高軸承的支承剛度與旋轉(zhuǎn)精度，潤滑簡便且具有互換性等優(yōu)點。其主要缺點是抗沖擊能力較差，高速時會出現(xiàn)噪聲和軸承徑向尺寸較大。

7.2滾動軸承代號

如圖7-6所示，滾動軸承的代號由前置代號、基本代號和后置代號三部分組成。其中，基本代號是滾動軸承代號的核心；前置代號和后置代號只有在軸承的尺寸、技術(shù)要求等有所改變時才使用，一般情況下可部分或全部省略，故本內(nèi)容只介紹基本代號。圖7-6滾動軸承的代號示例

1.類型代號

基本代號中右起第五位數(shù)字或字母為類型代號，見表7.1。

2.尺寸系列代號

尺寸系列代號包括軸承的寬(高)度系列和直徑系列代號。直徑系列代號為右起第三位數(shù)字，表示同一內(nèi)徑不同的外徑系列，見表7.2，用兩位數(shù)字表示。寬(高)度系列代號為右起第四位數(shù)字，表示軸承的內(nèi)徑、外徑相同，寬(高)度不同的系列，見表7.3。

3.內(nèi)徑代號

基本代號中右起第一、二位數(shù)字表示內(nèi)徑代號，用以表示軸承的內(nèi)徑，軸承內(nèi)徑代號與其內(nèi)徑對應(yīng)關(guān)系見表7.4。

7.3滾動軸承的選擇1.類型選擇(1)當(dāng)轉(zhuǎn)速較高，載荷較小時選擇球軸承；轉(zhuǎn)速較低，載荷較大或有沖擊載荷時，選擇滾子軸承。(2)若以徑向載荷為主，則選擇深溝球軸承；若以軸向載荷為主，則選擇推力軸承；當(dāng)徑向、軸向載荷相差不多時，選擇角接觸軸承。(3)當(dāng)跨度較大，或難以保證軸承孔的同軸度時，可選擇調(diào)心軸承。(4)為了便于安裝或經(jīng)常拆卸，可選用內(nèi)、外圈能分離的圓錐滾子軸承。

2.尺寸選擇

1)類比法選擇

軸承內(nèi)徑根據(jù)軸頸直徑選取，軸承外廓系列根據(jù)空間位置用類比法選取。這種方法較簡便，適用于一般機械的軸承。

2)計算法選擇

(1)對于低速軸承(n＜1?r/min)，其主要失效形式為塑性變形，適合于靜強度計算，這種情況應(yīng)用較少，本節(jié)不作介紹。

(2)對于一般轉(zhuǎn)速的軸承(10?r/min?<?n?<?nlim)，其主要失效形式為疲勞點蝕，應(yīng)該用壽命計算，設(shè)計公式如下：

設(shè)計公式的意義是所選軸承的基本額定動載荷C，應(yīng)略大于工作所要求基本額定動載荷的計算值。

例7.1一鼓風(fēng)機選用深溝球軸承，已知軸的直徑d?=?50?mm，轉(zhuǎn)速n?=?1450?r/min，軸承所受的徑向載荷Fr?=?1700?N，工作溫度正常，要求軸承預(yù)期壽命為12?000?h，試選擇軸承型號。

例7.2一水泵選用深溝球軸承，已知軸的直徑d?=?35?mm，轉(zhuǎn)速n?=?2900?r/min，軸承所受的徑向載荷Fr?=?2300?N，軸向載荷Fa?=?540?N，工作溫度正常，要求軸承預(yù)期壽命為5000?h，試選擇軸承型號。

確定所需軸承基本額定動載荷為

因Cr?=?25?500?N?>?24?356?N，故軸承6207可用。

注：若試算結(jié)果不可用，則應(yīng)把預(yù)選軸承型號進行調(diào)整，重新選擇軸承型號，再進行計算。

7.4滾動軸承組合設(shè)計

1.軸承組合的軸向固定1)軸承內(nèi)圈的軸向固定圖7-7(a)為利用軸肩作單向固定，它能承受較大的軸向力；圖7-7(b)為利用軸肩和軸用彈性擋圈作雙向固定，擋圈能承受的軸向力較小；圖7-7(c)為利用軸肩和軸端擋板作雙向固定，擋板能承受中等的軸向力；圖7-7(d)為利用軸肩和圓螺母，能受較大的軸向力。圖7-7軸承內(nèi)圈的軸向固定

2)軸承外圈的軸向固定

圖7-8(a)為利用軸承蓋作單向固定，能承受較大的軸向力；圖7-8(b)為利用孔內(nèi)凸肩和孔用彈性擋圈作雙向固定，擋圈能承受的軸向力較??；圖7-8(c)為利用孔內(nèi)凸肩和軸承蓋作雙向固定，能承受較大的軸向力。圖7-8軸承外圈的軸向固定

2.支承結(jié)構(gòu)的基本形式

1)兩端單向固定

如圖7-9所示，考慮到軸受熱伸長，對于深溝球軸承可在軸承蓋與外圈端面之間留出熱補償間隙0.2～0.4?mm。間隙量的大小可用一組墊片來調(diào)整。這種支承結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便，它適用于工作溫度變化不大的短軸。圖7-9兩端單向固定

2)一端雙向固定，一端游動

如圖7-10所示，雙向固定端的軸承可承受雙向軸向載荷，游動端的軸承端面與軸承蓋之間留有較大的間隙(3～8?mm)，以適應(yīng)軸的伸縮量。這種支承結(jié)構(gòu)適用于軸的溫度變化大且跨距較大的場合。圖7-10一端雙向固定，一端游動

3.滾動軸承的配合和裝拆

1)滾動軸承的配合

滾動軸承是標準件，因此，軸承內(nèi)圈與軸頸的配合采用基孔制，軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。為了防止軸頸與內(nèi)圈在旋轉(zhuǎn)時有相對運動，軸承內(nèi)圈與軸頸一般選用m5、m6、n6、p6、r6、js6等較緊的配合。軸承外圈與座孔一般選用J7、K7、M7、H7等較松的配合。

2)滾動軸承的裝拆

軸承的內(nèi)圈與軸頸配合較緊，對于小尺寸的軸承，一般可用壓力直接將軸承的內(nèi)圈壓入軸頸，如圖7-11所示。圖7-11軸承的裝拆

4.提高支撐系統(tǒng)的剛度和同軸度

與軸承配合的軸和軸承支座孔應(yīng)具有足夠的剛度，為保證軸承支座孔的剛度，可采用加強筋和增加軸承座孔的厚度，如圖7-12所示減速器箱體上加強筋。同一根軸上的軸承座孔應(yīng)保證同心，應(yīng)使兩軸承座孔直徑相同，以便加工時能一次定位鏜孔，如減速器高速軸兩端的軸孔。圖7-12減速器外形任務(wù)八各種連接的選擇與計算8.1鍵連接8.2

聯(lián)軸器8.3其他連接簡介

連接可以分為可拆連接和不可拆連接?？刹疬B接是指連接拆開時，不會損壞連接件和被連接件，如圖8-1(a)所示的螺紋連接等。不可拆連接是指連接拆開時，會損壞連接件或被連接件，如鉚接、焊接和黏接等。機械連接還可分為動連接和靜連接。在機器工作時，被連接零件間可以有相對運動的稱為動連接，如各種運動副、變速器中滑移齒輪的連接。反之，稱為靜連接，如圖8-1(b)所示軸與零件的連接。圖8-1連接示例

8.1鍵連接

8.1.1松鍵連接1.平鍵連接如圖8-2(a)所示，這種平鍵連接結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，對中性好，應(yīng)用較廣泛。但它不能承受軸向力，故對軸上零件不能起到軸向固定作用。按用途不同，平鍵可以分為普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵三種。普通平鍵用于靜連接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動連接。圖8-2普通平鍵連接

(1)普通平鍵。普通平鍵應(yīng)用最廣。按鍵的端部形狀可分為圓頭(A型)、方頭(B型)和單圓頭(C型)三種，如圖8-2(b)、(c)、(d)所示。平鍵連接和鍵槽尺寸見表8.1。

如圖8-2(b)所示，采用圓頭平鍵時，鍵在軸的鍵槽中固定良好，但軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。采用方頭平鍵時，鍵槽兩端的應(yīng)力集中較小，但鍵在軸上的軸向固定不好；當(dāng)鍵的尺寸較大時，需用緊定螺釘將鍵壓緊在軸上的鍵槽中(見圖8-2(c))。單圓頭平鍵常用于軸端與輪轂的連接(見圖8-2(d))。

(2)導(dǎo)向平鍵。導(dǎo)向平鍵是一種較長的平鍵，用螺釘固定在軸槽中，為了便于拆裝，在鍵上制有起鍵螺孔，見圖8-3。鍵與輪轂采用間隙配合，輪轂可沿鍵做軸向滑移，常用于變速器中的滑移齒輪與軸的連接。圖8-3導(dǎo)向平鍵連接

(3)滑鍵。當(dāng)軸上滑移距離較大時(如臺鉆主軸與帶輪的連接等)，因為當(dāng)滑移距離較大時，用過長的平鍵，制造困難?；I(見圖8-4)固定在輪轂上，輪轂帶動滑鍵在軸槽中做軸向移動，因而需要在軸上加工長的鍵槽。圖8-4滑鍵連接

2.半圓鍵連接

如圖8-5所示，半圓鍵用于靜連接，它靠鍵的兩個側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩。鍵在軸槽中能繞其幾何中心擺動，以適應(yīng)輪轂槽由于加工誤差所造成的斜度。半圓鍵連接的優(yōu)點是軸槽的加工工藝性較好，裝配方便；半圓鍵連接的缺點是軸上鍵槽較深，對軸的強度削弱較大，一般只宜用于輕載，尤其適用于錐形軸端的連接。圖8-5半圓鍵連接

8.1.2緊鍵連接

1.楔鍵連接

楔鍵連接用于靜連接，如圖8-6所示。楔鍵的上表面和與它配合的輪轂槽底面均有1∶100的斜度。裝配后，鍵的上、下表面與轂和軸上鍵槽的底面壓緊，因此，鍵的上下表面為工作面，鍵的兩側(cè)面與鍵槽都留有間隙。工作時，靠鍵楔緊的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，同時還能承受單向軸向載荷。楔鍵由于裝配楔鍵時破壞了軸與輪轂的對中性；另外，在沖擊、振動和承受變載荷時易產(chǎn)生松動。因此楔鍵連接僅適用于對傳動精度要求不高、低速和載荷平穩(wěn)的場合。圖8-6楔鍵連接

2.切向鍵連接

切向鍵是由一對普通楔鍵組成，如圖8-7所示。裝配后兩鍵的斜面相互貼合，共同楔緊在軸轂和軸之間，鍵的上、下兩平行窄面是工作面，依靠其與軸和輪轂的擠壓傳遞單向轉(zhuǎn)矩。當(dāng)要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時，須用兩對互成120°～130°的切向鍵。切向鍵連接主要用于對中要求不高，軸徑大于100?mm而載荷很大的重型機械。圖8-7切向鍵連接

8.1.3平鍵連接的選用和強度計算

1.鍵類型的選擇

選擇鍵的類型時應(yīng)考慮的因素有：對中性要求；傳遞轉(zhuǎn)矩的大?。惠嗇炇欠裥枰剌S向滑移及滑移距離的大?。绘I在軸的中部或端部等。

2.鍵尺寸的選擇

平鍵的主要尺寸為鍵寬b、鍵高h和鍵長L。設(shè)計時，根據(jù)軸的直徑從標準中(見表8.1)選取平鍵的寬度b和高度h；鍵長L略短于輪轂的寬度(一般比輪轂寬度短5～10?mm)，并須符合標準中規(guī)定的長度系列。

3.平鍵的強度校核

平鍵連接工件時的受力情況如圖8-8所示，鍵受到剪切和擠壓的作用。實踐證明，標準平鍵連接，其主要失效形式是鍵、軸和輪轂中強度較弱的工作表面被壓潰(對靜連接)或磨損(對動連接)。因此，通常只需校核擠壓強度(對靜連接)或壓強(對動連接)即可。圖8-8平鍵連接的受力分析

設(shè)載荷沿鍵長均勻分布，則擠壓強度條件為

式中，l為平鍵的軸向工作長度：A型l?=?L?-?b，B型l?=?L，C型l?=?L?-?b/2；T為軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩(N·mm)；d為軸的直徑(mm)；h為鍵的高度(mm)；[σp]為鍵、軸和輪轂中擠壓強度最低的材料的許用應(yīng)力(MPa)，見表8.2。

如校核結(jié)果連接的強度不夠，則可采取以下措施：

(1)適當(dāng)增加輪轂和鍵的長度，但鍵長不宜超過2.5d。

(2)用兩個鍵按相隔180°布置，考慮到載荷在兩個鍵上分布的不均勻性，在進行強度計算時，只按1.5個鍵計算。

例8.1已知齒輪減速器輸出軸與齒輪之間鍵連接，傳遞的轉(zhuǎn)矩T?=?700?N·m，軸的直徑d?=?60?mm，輪轂寬B?=?85?mm，載荷有輕微沖擊，齒輪材料為鑄鋼。試設(shè)計該鍵連接。

解(1)類型選擇：為保證齒輪傳動嚙合良好，要求軸轂對中性好，故選用A型普通平鍵。

(2)尺寸選擇：按軸徑d?=?60?mm，查表8.1選擇鍵的尺寸b?×?h?=?18?×?11；根據(jù)輪轂寬B?=?85?mm，取鍵長L?=?80?mm。

(3)強度校核：查表8.2得[σp]?=?100～120?MPa。

故所選鍵連接的強度足夠。

標記為：鍵18?×?80GB/T1096—2003。

8.2聯(lián)軸器

8.2.1聯(lián)軸器的分類聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造和安裝誤差以及承載后變形、受熱變形和基礎(chǔ)下沉等一系列原因，都可能使兩軸的軸線不重合而產(chǎn)生某種形式的相對位移，如圖8-9所示。這就要求聯(lián)軸器在結(jié)構(gòu)上具有補償軸線一定位移量的能力。圖8-9軸的偏移

8.2.2常用聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)、特點及其應(yīng)用

1.套筒聯(lián)軸器

套筒聯(lián)軸器是用一個套筒，通過鍵或銷等零件使兩軸相連接，如圖8-10所示。圖8-10套筒聯(lián)軸器

2.凸緣聯(lián)軸器

凸緣聯(lián)軸器由兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵及連接螺栓組成。它有兩種對中方法：一種是用一個半聯(lián)軸器上的凸肩與另一個半聯(lián)軸器上的凹槽相嵌合而對中，見圖8-11(a)；另一種是用鉸制孔用螺栓對中，見圖8-11(b)。前一種方法對中精度高。當(dāng)要求兩軸分離時，后者只要卸下螺栓即可，不用移軸，因此裝卸比前者簡便。其規(guī)格尺寸可按附表四查取。圖8-11凸緣聯(lián)軸器

3.彈性套柱銷聯(lián)軸器

這種聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，不同之處是用帶有彈性套的柱銷代替了連接螺栓，如圖8-12所示。彈性套柱銷聯(lián)軸器已經(jīng)標準化了，其規(guī)格尺寸可按附表五查取。圖8-12彈性套柱銷聯(lián)軸器

4.彈性柱銷聯(lián)軸器

彈性柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)(見圖8-13)與彈性套柱銷聯(lián)軸器相似，差別主要在于用尼龍銷代替了橡膠套柱銷，它利用彈性柱銷將兩個半聯(lián)軸器連接起來，使其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力增大。為防止柱銷滑出，兩側(cè)裝有擋板。柱銷的材料用尼龍6，也可用酚醛布棒等其他材料制造。其規(guī)格尺寸可按附表六查取。圖8-13彈性柱銷聯(lián)軸器

8.2.3聯(lián)軸器的選用

聯(lián)軸器大多已標準化，其主要性能參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩T、許用轉(zhuǎn)矩[T]、許用轉(zhuǎn)速[n]、位移補償量和被連接軸的直徑范圍等。選用聯(lián)軸器時，通常先根據(jù)使用要求和工作條件確定合適的類型，再按轉(zhuǎn)矩(Tc≤[T])、軸徑和轉(zhuǎn)速(n≤[n])選擇聯(lián)軸器的型號，必要時應(yīng)校核其薄弱件的承載能力。

考慮工作機啟動、制動、變速時的慣性力和沖擊載荷等因素，應(yīng)按計算轉(zhuǎn)矩Tc選擇聯(lián)軸器。計算轉(zhuǎn)矩Tc和工作轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系為

式中，K為工況系數(shù)，見表8.3；T為額定轉(zhuǎn)矩。

例8.2一電動機與油泵之間由聯(lián)軸器相聯(lián)，外載荷有中等沖擊，已知電動機功率P?=?17?kW，轉(zhuǎn)速n?=?1460?r/min，軸徑d?=?42?mm，油泵軸徑d?=?45?mm。試選擇此聯(lián)軸器。

8.3其他連接簡介

8.3.1螺紋連接1.螺紋連接的基本類型、結(jié)構(gòu)尺寸及應(yīng)用(1)螺栓連接。螺栓連接有普通螺栓連接(圖8-14(a))和鉸制孔螺栓連接(圖8-14(b))兩種，用于被連接件能夠做成通孔，且能夠在被連接件兩邊裝配的場合，無需在被連接件上切制螺紋。(2)雙頭螺栓連接。如圖8-15所示，當(dāng)被連接件之一較厚而不宜制成通孔又需經(jīng)常拆卸時，可采用雙頭螺柱連接。圖8-14螺栓連接圖8-15雙頭螺柱連接

(3)螺釘連接。如圖8-16所示，這種連接的特點是不用螺母，其用途和雙頭螺柱連接相似，多用于不需經(jīng)常拆卸的場合。圖8-16螺釘連接

(4)緊定螺釘連接。如圖8-17所示，固定兩個零件的相對位置并傳遞不大的力或扭矩。圖8-17緊定螺釘連接

2.螺紋連接件

圖8-18所示為六角頭螺栓和六角頭鉸制孔用螺栓，圖8-19所示為雙頭螺柱，圖8-20所示為各種螺釘，圖8-21所示為緊定螺釘頭部和末端形狀，圖8-22所示為各種六角螺母和圓螺母。圖8-18螺栓圖8-19雙頭螺柱圖8-