机械设计基础第14章
机械设计基础弹簧
第14章 弹簧
三、弹簧特性曲线
F1 F2 Flim
1
2
...
lim
k
k——弹簧刚度 通常取弹簧的最小工作载荷：
F1 (0.1 0.5) F2
最大工作载荷：
F2 0.8Flim
第14章 弹簧
§14-3 圆柱螺旋弹簧的设计
一、圆柱压缩弹簧的设计 1.弹簧丝直径 d
max
圆柱压缩弹簧的设计
计算弹簧的变形量，验算其稳定性
8F1C 3n 1 Gd
F2 2 1 F1
H0 b D
lim
2
0.8
4 G 8 10 MPa G —— 切变模量。对钢： 式中： 对青铜： G 4 104 MPa
b ——高径比 第14章 弹簧
b 5.3 两端固定： b 3.7 一端固定： b 2.6 两端自由：
F2 340 弹簧的最大变形量： 2 9.1 mm k 37.3
第14章 弹簧
例题（续）
选择弹簧材料：选用d=4mm的60Si2Mn钢丝作为弹簧的材料。 查表：
640Mpa
kF2C
2.确定弹簧的直径：
d 1.6
由于要求D1>16mm，d=4mm，暂取
D D1 d 22 mm
绕旋比C 2.弹簧中径D
7 14 5 12 5 10 4 9 4 8 4
18
6
D Cd
3.弹簧内径D1与外径D2
D1 D d
D2 D d
第14章 弹簧
圆柱压缩弹簧的设计
4.弹簧总圈数 n1 YⅠ型： n2 YⅡ型 ：n2 5.弹簧间距
1.5, 2, 2.5 2, 2.5
机械设计基础-第十四章
§14-1 概述
轴承分为滑动轴承和滚动轴承： 滑动轴承主要应用于转速特高、支 承精度特高、特重型、冲击振动很 大、剖分式轴承、径向尺寸较小等 场合。
§14-2 滑动轴承的典型结构
滑动轴承按其能够承受的载 荷不同分为向心、推力、向心推 力滑动轴承；按其摩擦状态不同 分为液体摩擦和非液体摩擦滑动 轴承
背对背安装（反装）
结论： 首先根据派生力S与轴向力Fa的
方向和大小判断被“放松”和被 “压紧”的轴承,被“放松”轴承的 轴向力A等于其自身派生的轴向力S， 被“压紧”轴承的轴向力等于除去 其自身派生轴向力后其余各轴向力 的代数和。
6、滚动轴承的静载荷： 对于转速极低或基本上不转的轴
承，其失效形式为塑性变形，须按静 强度选择轴承的尺寸。
P0=X0R+Y0A————基本额定静载荷 S0——静强度安全系数
§14-10 轴承装置设计
一、刚性和同心度：
二、轴承的配置：
•
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2420 .10.24Saturday , October 24, 2020
径向基本额定动载荷，用Cr表示 轴向基本额定动载荷，用Ca表示
3、滚动轴承寿命的计算
载 荷 Cr
0 1 2 3 4 5 寿命106转 滚动轴承的载荷寿命曲线
L10
C P
Lh
106 C
60n P
球轴承ε=3；滚子轴承ε=10/3
对高温轴承基本额定动载荷须 乘以温度系数ft
4、滚动轴承的当量动载荷
•
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。1 0:40:37 10:40:3 710:40 10/24/2 020 10:40:37 AM
杨可桢《机械设计基础》(第5版)笔记和课后习题(轴)
第 14 章 轴
14.1 复习笔记 一、轴的功用和类型 轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件和传递转矩。 （1）按承受载荷的不同分类 转轴：既传递转矩又承受弯矩的轴，如图 14-1（a）所示的齿轮轴； 传动轴：主要受扭矩而不受弯矩或弯矩很小的轴，如图 14-1(b)所示汽车的传动轴； 心轴：只承受弯矩而不传递转矩的轴，又分为转动心轴和固定心轴两种，如图 14-1（c） (d)所示。
图 14-6 ④轴端挡圈：固定轴端零件，可承受较大轴向力，如图 14-7 所示。
图 14-7 ⑤当轴向力较小时，也可采用弹性挡圈或紧定螺钉进行零件的轴向固定，分别如图 14-8 所示。
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弹性挡圈
紧定螺钉
图 14-8 （2）轴上零件的周向固定 常采用的周向固定的零件有：键、花键、销、过盈配合、紧定螺钉等。常见的几种结构 分别如图 14-9 所示。
圆角或加装隔离环；对于轴与轮毂的过盈配合，可在轮毂上或轴上采用过渡肩环或开减载槽。 分别如图 14-11 所示。
键连接
花键连接
销连接
过盈连接
弹性环连接
型面连接
图 14-9 其中，采用键连接时，应使各轴段键槽在同一母线上，如图 14-10 所示；紧定螺钉只用 在传力不大之处。
图 14-10 3．各轴段的直径和长度的确定 （1）轴径的确定 按轴所受的扭矩来初步估计轴所需的直径，将初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最 小直径，然后按轴上零件的装配方案和定位要求，逐步确定各段轴直径。其中，有配合要求 的轴段，应尽量采用标准直径。 （2）各轴段长度的确定 各轴段的长度尺寸，主要由轴上零件与轴配合部分的轴向尺寸、相邻零件之间的距离、 轴向定位以及轴上零件的装配和调整空间等因素决定。基本原则：保证零件所需装配空间的 同时应尽量使轴的结构紧凑。 4．提高轴强度的常用措施 （1）合理布置轴上的零件以减小轴的载荷。 措施：传动件应尽量靠近轴承，尽可能不采用悬臂的支承形式；力求缩短支承跨距及悬
机械设计基础第六版第14章-轴(new)ppt课件
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
型
直轴
按轴的形状分有： 曲轴
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
传动轴
后桥
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类 型
心轴---只承受弯矩 按轴的形状分有：
转动心轴 固定心轴
自行车
车厢重力
前轮轴
前叉
转动心轴
问题：自行车前轮轴 属于什么类型？
2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3. 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、
增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。
30˚
B R d/4
B位置d/4
r
d 卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽 .
过渡肩环
凹切圆角
轴系结构设计中常见错误实例分析
指出图示结构设计的错误，并绘出正确的结构图。
槽两侧圆角 r0.5mm （8）轴段7倒角：C2.54. 5o
4.键槽的尺寸
①②
③
④ ⑤⑥ ⑦
（1）轴段1：d=45，L=69 槽宽b=14 槽深t=5.5 槽长L=63 键14×63 GB1096-79
（2）轴段4：d=60，L=78
槽宽b=18 槽深t=7.0 槽长L=63
陈立德版机械设计基础第13、14章课后题答案
第13章机械传动设计13.1简述机械传动装置的功用。
答： (1) 把原动机输出的速度降低或增速。
（2) 实现变速传动。
（3）把原动机输出转矩变为工作机所需的转矩或力。
（4）把原动机输出的等速旋转运动，转变为工作机的转速或其它类型的运动。
（5）实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不同速度的工作机。
13.2选择传动类型时应考虑哪些主要因素？答：根据各种运动方案，选择常用传动机构时，应考虑以下几个主要因素：（1）实现运动形式的变换。
（2）实现运动转速（或速度）的变化。
（3）实现运动的合成与分解。
（4）获得较大的机械效益。
13.3常用机械传动装置有哪些主要性能？答：（1）功率和转矩；（2）圆周速度和转速；（3）传动比；（4）功率损耗和传动效率；（5）外廓尺寸和重量。
13.4机械传动的总体布置方案包括哪些内容？答：总体布置方案包括合理地确定传动类型；多级传动中各种类型传动顺序的合理安排及各级传动比的分配。
13.5简述机械传动装置设计的主要内容和一般步骤。
答：（1）确定传动装置的总传动比。
（2）选择机械传动类型和拟定总体布置方案。
（3）分配总传动比。
（4）计算机械传动装置的性能参数。
性能参数的计算，主要包括动力计算和效率计算等。
（5）确定传动装置的主要几何尺寸。
（6）绘制传动系统图。
（7）绘制装置的装配图。
第14章轴和轴毂连接14.1轴按功用与所受载荷的不同分为哪三种？常见的轴大多属于哪一种？答：轴按功用与所受载荷不同可分为心轴、传动轴和转轴三类。
常见的轴大多数属于转轴。
14.2轴的结构设计应从哪几个方面考虑？答：轴的结构设计应从以下几方面考虑：（1）轴的毛坯种类；（2）轴上作用力的大小及其分布情况；(3)轴上零件的位置、配合性质以及连接固定的方法；（4）轴承的类型、尺寸和位置；（5）轴的加工方法、装配方法以及其它特殊要求。
14.3制造轴的常用材料有几种？若轴的刚度不够，是否可采用高强度合金钢提高轴的刚度？为什么？答：制造轴的常用材料有碳素钢和合金钢。
杨可桢《机械设计基础》复习笔记和课后习题(含考研真题)详解(轴)
第14章轴14.1 复习笔记一、轴的功用和类型轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件和传递转矩。
1．按承受载荷的不同分类（1）转轴既传递转矩又承受弯矩的轴。
（2）传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴。
（3）心轴只承受弯矩而不传递转矩的轴。
2．按轴线的形状不同分类按轴线的形状可分为直轴、曲轴、挠性钢丝轴。
二、轴的材料轴的材料常采用碳钢和合金钢。
1．碳钢45号钢应用最为广泛，为了改善其力学性能，应进行正火或调制处理。
不重要或受力较小的轴，则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。
2．合金钢合金钢具有较高的力学性能与较好的热处理性能，但价格高。
三、轴的结构设计1．制造安装要求（1）为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯形；（2）对于一般剖分式箱体中的轴，其直径从轴端逐渐向中间增大；（3）为使轴上零件易于安装，轴端及各轴段的端部应有倒角；（4）轴上磨削的轴端，应有砂轮越程槽；（5）车制螺纹的轴端，应有螺纹退刀槽；（6）在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应力求简单，以便于加工。
2．轴上零件的定位安装在轴上的零件，必须有确定的轴向定位。
阶梯轴上的截面尺寸变化处称为轴肩，可起到轴向定位的作用。
3．轴上零件的固定（1）轴上零件的轴向固定零件轴向固定的方法主要有轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈等。
①当无法采用套筒或套筒太长时，可采用圆螺母加以固定。
②为保证轴上零件紧靠轴肩，轴肩的圆角半径r必须小于相配零件的倒角C1或圆角半径R，轴肩高h必须大于C1或R。
③轴向力较小时，零件在轴上的固定可采用弹性挡圈或紧定螺钉。
（2）轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定，大多采用键、花键或过盈配合等连接形式。
采用键连接时，为加工方便，各轴段的键槽宜设计在同一加工直线上，并应尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸。
4．轴的各段直径和长度的确定（1）轴径的确定①有配合要求的轴段应尽量采用标准直径；②安装有标准件的轴径，应符合各标准件内径系列的规定；③套筒内径应与相配的轴径相同，并采用过渡配合。
机械设计基础课件第十四章 轴
• • • • • • 轴的功用和类型 轴的材料 轴的结构设计 轴的强度计算 轴的刚度计算 轴的临界转速的概念
轴
第一节 轴的功用和类型
一、轴的功用
● 支撑回转零件，如齿轮、带轮； 传递运动和转矩 ●
二、轴的类型
● 心轴 — 只承受弯矩 按受载 ● 传动轴 — 只承受转矩 ● 转轴 — 既受弯矩、又受转矩 ● 直 轴（光轴、阶梯轴） ●曲 轴
第三节 轴的结构设计
倒角
砂轮越程槽
第三节 轴的结构设计
轴环
第三节 轴的结构设计
• 三、轴上零件的轴向定位和固定 • 定位 － 使轴上零件处于正确的工作位置；
• 固定 － 使轴上零件牢固地保持这一位置。 阶梯轴上截 • 目的 － 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。 面变化处 • 常用的轴向定位和固定方法：
第三节 轴的结构设计
为保证轴上零件紧靠在定位面（轴肩），轴 肩的圆角须大于C1或R。
第三节 轴的结构设计
• 四、改善轴的受力状况，减小应力集中 • 合理布置轴上零件可以改善轴的受力状况。
第三节 轴的结构设计
• 减小应力集中 • 零件截面发生突 然变化的地方， 都会产生应力集 中。合金钢对应 力集中比较敏感， 尤需加以注意。
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
• 若计算的截面有一个键槽，则将计算出的轴的直 径 d加大4%左右，若两个键槽，则增大8%，然 后圆整成标准直径。 • 对于一般用途的轴，按上述方法设计计算即可。 对于重要的轴，还需进一步的强度校核（如安全 系数法） • 安全系数的校核计算包括疲劳强度和静力强度两 项内容。 • 疲劳强度的校核即计入应力集中、表面状态和绝 对尺寸影响以后的精确校核。 • 静强度校核的目的在于校核轴对塑性变形的抵抗 能力。
机械设计基础习题答案第14章
14-1解I 为传动轴，II 、IV 为转轴，III 为心轴。
14-2解圆整后取d=37 mm 。
14-3解14-4解按弯扭合成强度计算，即：代入数值计算得：。
14-5解这两个轴都是心轴，只承受弯矩。
两种设计的简化图如下：图14.5 题14-5 解图图14.6 （ a ）中，因为是心轴，故，查相关手册得：，则考虑到键槽对轴的削弱，直径再扩大 4 % 。
得：图14.6 （ b ）中，14-6解故。
14-7解由题可知，，若不计齿轮啮合及轴承摩擦的功率损失，则（i = Ⅰ, Ⅱ,Ⅲ）设：，则，，14-8解1. 计算中间轴上的齿轮受力中间轴所受转矩为：图14.8 题14-8 解图2. 轴的空间受力情况如图14.8 （a ）所示。
3. 垂直面受力简图如图14.8 （b ）所示。
垂直面的弯矩图如图14.8 （ c ）所示。
4. 水平面受力简图如图14.8 （d ）所示。
水平面的弯矩图如图14.8 （ e ）所示。
B 点左边的弯矩为：B 点右边的弯矩为：C 点右边的弯矩为：C 点左边的弯矩为：5. B 点和C 点处的合成最大弯矩为：6. 转矩图如图14.8 （f ）所示，其中。
7 ．可看出，B 截面为危险截面，取，则危险截面的当量弯矩为：查表得：，则按弯扭合成强度计算轴II 的直径为：考虑键槽对轴的削弱，对轴直径加粗4% 后为：14-9解该题求解过程类似于题14-8 。
在此略。
14-10解钢的切变模量，按扭转刚度要求计算，应使即14-11解1. 求该空心轴的内径空心轴的抗扭截面模量实心轴的抗扭截面模量令，即解得圆整后取。
2 ．计算减轻重量的百分率实心轴质量＝密度×体积空心轴质量空心轴减轻重量的百分率为42.12% 。
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除需要进行寿命计算外，还应验算极限转速。
2021/3/10
第八节 滚动轴承的寿命计算
14
一、基本额定寿命和基本额定动载荷
㈠寿命——滚动轴承任一元件的材料首次出现疲劳点蚀前的总 转速或在某一给定的恒定转速下的运转小时数。
㈡基本额定寿命——一批相同型号的轴承，在同样的工作条件 下，90%在疲劳点蚀前能运转的总转数或 在给定转速下所能运转的总工作时数。
14
14
第十二节 轴承的润滑及密封
一、润滑方式及选择 ㈠滚动轴承的润滑
常用的润滑方式有油润滑和脂润滑。油润滑中又有油浴 （浸油）、滴油、喷油（循环油）和油雾润滑等。
㈡滑动轴承的润滑 液体磨擦轴承采用压力循环润滑。用循环供油系统供应
充足的油量来润滑和冷却轴承。
2021/3/10
二、润滑剂的选择 ㈠滚动轴承润滑剂的选择
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2021/3/10
㈡滑动轴承润滑剂的选择
14
2021/3/10
14
a)压配式注油杯 b)旋套式注油杯 c)黄油杯
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d)油嘴
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e)油心式注油杯
f)针阀式注油杯
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g)油环
2021/3/10
h)油浴润滑
三、轴承的密封 ㈠毡圈密封
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14
㈡皮碗密封
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14
第七节 滚动轴承的失效形式和设计准则
一、工作情况分析
㈠运动分析 滚动轴承内外圈间有相对运
动，滚动体既有自转又围绕轴承 中心公转。
㈡受力分析 ⒈径向接触轴承中的作用力分布
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⒉角接触轴承中的作用力分布 作用于第i个滚动体上的
法向反力Fi可分解：
FsiFritan
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各轴向分力之和即是轴 承的内部轴向力
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轴承寿命计算后应满足 Lh Lh
整理后可得
2021/3/10
1
Cr
P1
6
n 67f0p
Lh
2021/3/10
14
第九节 滚动轴承的静负荷计算
一、额定静负荷
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轴承受载后，在应力最大的滚动体与滚道接触产生的永久 塑性变形量之和为滚动体直径的万分之一时，所承受的负荷称 为滚动轴承的额定静负荷，以Cr0表示。
2021/3/10
㈢润滑剂的性能指标 ⒈润滑油的性能指标 ⑴动力粘度η
u
y
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⑵运动粘度ν
/
⒉润滑脂的性能指标
⑴锥入度——衡量润滑脂粘 稠程度的指标。
⑵滴点——在规定条件下， 将润滑脂加热至从容器口 中滴下第一滴时的温度， 称为该润滑脂的滴点。
2021/3/10
14
14
第十节 滚动轴承的极限转速
14
极限转速是指滚动轴承在一定的负荷、润滑条件下所允许 的最高转速，以nlim表示。验算公式为
n nlim
滚动轴承手册中所列的极限转速是在①负荷较小；②润滑 与冷却条件正常；③向心轴承只受纯径向负荷，推力轴承只受 纯轴向负荷；④轴承的精度为P0级的条件下给出的。
不符合以上条件时，修正计算可将上式改写为
机械设计基础
第十四章 轴 承
第一节 滑动轴承的类型及典型结构 第二节 轴瓦结构和轴承的材料 第三节 滑动轴承的磨擦状态及润滑 第四节 非液体磨擦滑动轴承的计算 第五节 液体磨擦滑动轴承简介 第六节 滚动轴承的类型、代号及选用 第七节 滚动轴承的失效形式和设计准则 第八节 滚动轴承的寿命计算 第九节 滚动轴承的静负荷计算 第十节 滚动轴承的极限转速 第十一节 滚动轴承的组合设计 第十二节 轴承的润滑及密封
液体磨擦滑动轴承按其承载油膜形成机理的不同分为：
液体动压轴承 由磨擦表面的相对运动将 粘性流体带入楔形间隙
液体静压轴承 依靠润滑系统泵入具有足 够压力的粘性流体
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一、动压承载油膜形成条件
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二、液体动压向心轴承
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最小油膜厚度
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hm inS(R Z1R Z2)
㈡相对滑动速度
v dn v
601000
㈢轴承的pv值
pvF dn pv
Bd60 1000
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二、推力滑动轴承的计算
p
(d2
4
Fa
p
d02)Zk
pm v300F (d a0nd 00)Zkpv
平均速度为
vm
(dd0)n
2601000
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第五节 液体磨擦滑动轴承简介
nf1f2nlim
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第十一节 滚动轴承的组合设计
一、轴承的配置
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正安装（又称面对面配置） 两滚动轴承外圈窄端面相对。
反安装（又称背对背配置） 两滚动轴承外圈窄端面相背。
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二、滚动轴承支承的轴系结构 ㈠双支点单向固定支承
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第六节 滚动轴承的类型、代号及选用
一、滚动轴承的构造
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二、滚动轴承的类型和特点
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三、滚动轴承的代号
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四、滚动轴承类型选择 ㈠载荷条件
⒈载荷的方向 ⒉载荷大小 ⒊载荷性质 ㈡转速条件 ㈢调心性能 ㈣安装、调整性能 ㈤经济性
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第四节 非液体磨擦滑动轴承的计算
主要用于速度较低、载荷不大，工作要求 不高，难于维护等条件下工件的轴承。
非液体磨擦滑动轴承的磨擦表面是处于边界磨擦和混合 磨擦状态。磨损达到一定程度，都会引起边界膜破裂。 一、向心滑动轴承的计算 ㈠轴承的平均压强
p p
Bd
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2021/3/10
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Fs1 FA Fs1 Fs2 Fs1 Fs2 Fs1 FA
所以，作用于两轴承上的总轴向力分别为
Fa1Fs1Fs1Fs2FA Fa2 Fs2
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四、滚动轴承的寿命计算
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PL101Cr
由此得寿命公式
L
fpCPr
(106r)
若以工作时数表示寿命，得
LhfpC P r6 1n 60 01n 66fp7C P r0
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1)如 Fs1FAFs2此轴有向右移趋势，根据力的平衡原理得：
Fs1FA Fs2 Fs2 Fs2 Fs1FA Fs2
所以，作用于两轴承上的总轴向力分别为
Fa1Fs1 Fa2 Fs2Fs2 Fs1FA
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2)如 Fs1FAFs2此轴有向左移趋势，根据力的平衡原理得：
二、当量静负荷 为一假定的负荷，在此负荷下，滚动轴承和套圈接触处产
生的塑性变形量和与实际的复合负荷作用下产生的塑性变形量
相等，以P0表示，公式为 P0X0FrY0Fa
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三、静负荷的计算
静负荷的计算公式为
P0 CS00r
或
C0r P0
S0
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㈡轴承衬和瓦背的结合形式
烧结、喷涂和轧制 浇注 刷镀
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㈢油孔、油沟和油室
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二、滑动轴承的材料
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主要失效形式是磨损和因材料强度不足而出现的疲劳破坏。
性能有以下要求：
1)足够的冲击强度，抗压强度和疲劳强度； 2)低的磨擦系数和高的耐磨性； 3)良好的顺应性和嵌藏性； 4)良好的磨合性； 5)对润滑剂分子有较强的亲合能力； 6)有良好的导热性能，有利于散热； 7)有良好的抗胶合能力； 8)良好的抗腐蚀性能和加工性能。
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㈢O型密封圈
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㈣油沟密封
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㈤挡圈密封
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㈥甩油密封
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㈡单支点双向固定支承
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㈢双支点游动支承
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三、滚动轴承的固定
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㈠周向固定
周向固定的作用是保证轴承受力后，轴承的内圈与轴颈， 外圈与座孔之间不致产生相对圆周运动。
㈡轴向固定
轴向固定的作用是保证轴上零件受到轴向力作用时，轴 和轴承不致产生轴向相对位移。
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轴承的作用是支承轴及轴上转动的 零件，使其回转并保持一定的旋转精度。
滑动轴承
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滚动轴承
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第一节 轴 承
轴承的作用是支承轴及轴上转动的零件，使其回转并 保持一定的旋转精度。 一、滑动轴承的类型
按轴承所承受载荷的方向不同，可分为向心轴承和推力轴承。
• 向心轴承只能承受径向载荷，轴承上的反作用力与轴的中心 线垂直；
F s F si1.2F 5 rtan
㈢应力分析 滚动体与旋转套圈受变化
的脉动接触应力，固定套圈上最下端一点受最大脉动接触应力。
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二、滚动轴承的失效形式和计算准则
㈠失效形式
⒈点蚀 ⒉塑性变形 ⒊磨损