机械设计基础轴

机械设计基础--第十一章(轴承)

Fundamentals of Machine Design
（第十一章）
第十二章轴承
一、基本内容及学习要求二、学习指导三、典型实例分析四、复习题五、复习题参考答案
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一、基本内容及学习要求
1．基本内容 ⑴ 滑动轴承的结构类型及特点； ⑵ 轴瓦的材料与结构； ⑶ 滑动轴承的润滑； ⑷ 非液体摩擦滑动轴承的计算； ⑸ 滚动轴承的类型及特点，滚动轴承的代号； ⑹ 滚动轴承的类型选择； ⑺ 滚动轴承的失效形式； ⑻ 滚动轴承的疲劳寿命计算和静强度计算。
二、学习指导
4. 轴瓦。轴瓦是滑动轴承中的关键零件，其工作表面既是承载表面，又是摩擦表面。因此，轴瓦的材料选取是否适当以及结构是否合理，对滑动轴承的性能将产生很大的影响。
⑴ 轴瓦和轴承衬的材料
① 对轴承材料的基本要求是：要有足够的强度；良好的减摩性和耐磨性；良好的塑性、顺应性和嵌入性；良好的导热性和抗胶合性。
b) 钠基润滑脂：有较好的耐热性（使用温度可达 140oC ），但耐水性较差；
c) 锂基润滑脂：其耐热性和耐水性都较好，使用温度在－20oC~150oC 。
二、学习指导
润滑脂常用于低速、重载和为避免润滑油流失或不易加润滑油的场合。
润滑脂的主要性能指标是针入度和滴点。针入度表示润滑脂的粘稠程度，它是用150g的标准圆锥体放于25oC的润滑脂中，经5s后沉入的深度（单位为 0.1mm）表示。针入度愈小，则润滑脂越粘稠。滴点是指润滑脂在滴点计中受热后滴下第一点油时的温度，滴点标志润滑脂的耐高温能力。选用时应使润滑脂的滴点高于工作温度20oC以上。
二、学习指导
③ 固体润滑剂。固体润滑剂有石墨、二硫化钼（MoS2）、聚四氟乙烯等。它通常与润滑油或润滑脂混合使用，也可以单独涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜，或者混入金属或塑料粉末中烧结成形，制成各种耐磨零件。石墨性能稳定，在 350oC 以上才开始氧化，并可在水中工作。聚四氟乙烯摩擦因数低，只有石墨的一半。二硫化钼吸附性强，摩擦因数低，适用温度范围广（－60oC~300oC ），但遇水后性能会下降。

机械设计基础第2版学习情境十三轴的结构与承载能力设计

➢ 各轴段直径和长度的确定方法：
1）各轴段所需的直径与轴上载荷的大小有关。
2）初步设计时，可按轴所受的转矩初步估算轴所需的最小直径。
3）按装配方案和定位要求，从最小直径处起逐采用标准直径及所选配合的公差。
5）为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。
1）根据工作要求选择轴的材料和热处理方式。 2）按扭转强度条件或与同类机器类比，初步确定轴的最小直径。 3）考虑轴上零件的定位和装配及轴的加工等条件，进行轴的结构设计，画出草图，确定轴的几何尺寸，得到轴的跨距和力的作用点。 4）根据结构尺寸和工作要求，进行承载能力计算。如不满足，则修改初定的最小轴径，重复3）、4）步骤，直到满足设计要求。
转动心轴
问：自行车的前轮轴属于什么类型？固定心轴
自行车前轮轴
➢按轴线的几何形状分类
可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。
光轴直轴
阶梯轴
曲轴
挠性钢丝轴
二、轴的材料
轴的材料种类很多，常用材料有：
1）碳素钢：对较重要或传递载荷较大的轴，30、35、45、50优质碳素结构钢等，45钢应用最广。
对一般不重要或传递载荷较小的轴, 可用Q235、Q275 等普通碳素结构钢。 2）合金钢：对于用于在高温、高速和重载条件下、结构紧凑、质量小等使用要求的轴，20Cr、20CrMnTi、35CrMo、 38CrMoAl等。 3）球墨铸铁：价廉、吸振性好、耐磨、容易制成形状复杂的轴(如曲轴), 如QT600-3。
6．弹性挡圈定位
➢结构紧凑、简单、装拆方便； ➢但受力较小，可靠性较差； ➢常用于固定滚动轴承和滑移齿轮的限位。
7．紧定螺钉定位
➢受力较小，可靠性较差； ➢多用于轴向力不大与速度不高的场合。

《机械设计基础》第15章滑动轴承

τ
P＋dp τ＋dτ
雷诺耳实验（1883年）——层流与湍流的现象
雷诺方程：
h0 - h dp = 6ηv dx h3
其中：p——油膜压力 η——润滑油粘度 V——速度 h——间隙厚度（油膜厚度） h0——油膜压力为极限值时的间隙厚度
分析雷诺方程：
（1）当相对运动的两表面形成收敛油楔时。即能保证移动件带着油从大口走 u 向小口。 o
形成动压润滑的条件：（1）相对运动的两表面形成收敛油楔时。（2）两表面必须有一定的相对速度。
（3）润滑油必须有一定的粘度，并供油充分。
（4）油膜的最小厚度应大于两表面不平度之和。
例：试判断下列图形能否建立动压润滑油膜？
v v v v
向心滑动轴承形成动压油膜的过程：
F F FF F
o
o1 o1 o o1 1 o1
润滑脂（黄油）固体润滑剂
钙基、钠基、铅基、锂基等。
石墨、二流化钼、聚氟乙烯树脂等（用于高温下的轴承）。
空气、氢气等（只用于高速、高温以及原子能工业等特殊场合）
气体润滑剂
●润滑剂的主要指标：
（1）粘度——是润滑油最重要的物理性能指标，是选择润滑油的主要依据，它标志着流体流动时内摩擦阻力的大小。粘度越大，内摩擦阻力越大，即流动性越差。（2）凝点——是润滑油冷却到不能流动时的温度。凝点越低越好。（3）闪点——是润滑油在靠近试验火焰发生闪燃时的温度。闪点是鉴定润滑油耐火性能的指标。在工作温度较高和易燃环境中，应选用闪点高于工作温度 20°~30°C的润滑油。（4）油性——是指润滑油湿润或吸附在表面的能力。吸附能力越强，油性越好。（5）滴点——是指润滑脂受热后开始滴落时的温度。润滑脂使用工作温度应低于滴点20°~30°C，低于40°~ 60°更好。（6）针入度（稠度）——是表征指润脂稀稠度的指标。针入度越小，表示润滑脂越稠；反之，流动性越大。

机械设计基础第十二章轴

3.
球墨铸铁、合金铸铁 (高强度铸铁)
价廉、吸振性好、耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，铸造成形，但性脆，可靠性低，品质难控制。常用于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴。
轴的常用材料及其主要力学特性见
轴的结构设计
12
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
设计要求： 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
第十二章
轴的设计
1
第一节第二节第三节
概述轴的设计举例轴的强度、刚度计算
2
本章重点：
① 轴的类型，轴的常用材料； ② 轴的结构； ③ 轴上零件的轴向定位和固定方法；轴上零件的周向定位和固定方法；
④ 按扭转强度计算轴的直径。
轴的功用：主要用于支承传动零件 (齿轮、带轮等) 并
传递运动和动力。
越程槽和退刀槽
17
（3）为去掉毛刺，利于装配，轴端应制出45°倒角。
45°倒角 45°倒角
( 4)当采用过盈配合联结时，配合轴段的零件装入端，常加工成半锥角为30°的导向锥面。若还附加键联结，则键槽的长度应延长到锥面处，便于轮毂上键槽与键对中。
18
（5）如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则轴上两配合轴段的直径不应相等，否则第一个零件压入后，会把第二个零件配合的表面拉毛，影响配合。
一般情况下，直轴做成实心轴，需要减重时做成空心轴
6
轴的功用和类型
分类：按承受载荷分有：类型按轴的形状分有：
7
转轴---传递扭矩又承受弯矩
传动轴---只传递扭矩心轴---只承受弯矩直轴曲轴光轴阶梯轴

机械设计基础-第9章-轴和联轴器

碳素钢
500许用弯曲应力170
75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
合金钢
900
270
130
75
300
140
80
1000
330
150
90
铸钢
400
500
100
50
30
120
70
40
折合系数取值：α=
0.3 ----转矩不变； 0.6 ----脉动变化； 1 ----频繁正反转。
设计公式： d 3 M d
滑动轴承向心球轴承调心球轴承圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承安装齿轮处轴
的截面
允许偏转角 [θ](rad)
0.001 0.005 0.05 0.0025 0.0016
0.001~0.00 2
四、轴的设计
类比法根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出轴的零件图。
设计计算法
根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。按扭转强度估算出轴的最小直径。设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。包括
第九章轴和联轴器
§9.1 轴的分类和材料 §9.2 轴的结构 §9.3 轴的计算 §9.4 轴毂联结 §9.5 联轴器和离合器
§9-1 轴的分类和材料
轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
分类：按承受载荷分有：
类型
按轴的形状分有：
为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
有一个键槽
有两个键槽
轴径d＞ 100mm

北航轴的结构设计改错——机械设计基础

北航轴的结构设计改错——机械设计基础(总9页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--机械设计基础——轴的结构设计改错一、指出图中结构不合理之处，并改正。

1、答案：1）左端轴承处的弹性挡圈去掉。

2）右端轴承处轴肩过高，应改为低于轴承内圈。

3）齿轮右端用轴套固定，与齿轮配合的轴头长度应小短于齿轮轮毂宽度。

4）左端轴承处应有越程槽。

5）联轴器没固定，左端应改为轴肩固定。

6）右端轴承改为轴套定位。

7）与齿轮配合处的键槽过长，应短于其轮毂宽度。

8）齿轮应改为腹板式结构。

9) 将联轴器的周向固定，改为键联接。

2、答案：主要结构错误：1）与齿轮处键槽的位置不在同一母线上；2）端盖孔与轴径间无间隙；3）左轴承端盖与箱体间无调整密封垫片；4）轴套超过轴承内圈定位高度；5）三面接触，齿轮左侧轴向定位不可靠；6）键顶部与齿轮接触；7）无挡油盘；8）两轴承端盖的端面处应减少加工面。

3、答案：1）轴承内外圈剖面线方向不一致，应改为方向一致；2）左端轴承用轴肩定位，且轴肩不高于轴承内圈；3）齿轮没有轴向固定，改为左端用轴环，右端用轴套固定；4）与左端轴承配合的轴段上应有砂轮越程槽；5）联轴器没有轴向定位，应必为用轴肩定位；6）右端轴承改为加大定位和固定，且低于轴承内圈；7）与齿轮配合的轴段应有键槽；8）齿轮改为腹板式结构性9）轴的右端键槽过长，改为短于联轴器的孔的长度。

4、答案：1）左边轴肩高于轴承内圈；2）与齿轮配轴段太长，齿轮轴向未定位；3）齿轮与轴承间缺套筒；4）右边轴肩过高超过轴承内圈；5）右端盖与轴接触；6）右端盖处缺少密封圈；7）皮带轮周向定位缺键槽；；8）皮带轮孔未通。

5、答案：此轴系有以下6个方面13处错误：1）轴承类型配用不合适：左轴承为角接触轴承，角接触轴承不能单个使用；2）转动件与静止件直接接触：轴身与右端盖之间无间隙；3）轴上零件未定位、未固定：套筒未可靠的固定住齿轮；联轴器轴向未固定；联轴器周向未固定；4）工艺不合理：轴外伸端无轴肩，轴承不易装；装轴承盖箱体的加工面与非加工面没有分开；轴承与轴承座之间无调整垫片，轴承的轴向间隙无法调整；轴上的键槽过长；左轴承处轴肩过高，轴承无法拆卸；5）润滑与密封问题：轴承脂润滑而无挡油环；端盖上无密封件；6）制图投影错误箱体孔投影线未画6、答案：1）轴肩过高；2）无轴向定位；3）不能准确定位；4）套筒定位轴承不合理；5）静止件和活动件相碰。

机械设计基础--滚动轴承

?
RV2 RH2 Fr
角接触球轴承
RV1 RH1 1,角接触轴承的派生轴向力 Fs O -支反力作用点,即法线与轴线的交点. 向心角接触轴承(角接触球轴承,圆锥滚子轴承)受纯径向载荷作用后,会产生派生轴 FS 向分力 FS . O F 派生轴向力: si ≈ 1.25 Fr tgα 注意 F 的
Fr1 ● 若 FS1 + FA > FS2
Fr2
轴向合力向右,轴有向右移动的趋势,
但外圈被固定, 右轴承被压紧,会产生反力FS2′, 即:Fa1=FS1 (放松端) 使轴向力平衡, 使得 FS 1 + FA = FS 2 + FS 2 ′ FS2 和 FS2′ 都是右轴承所受的力,故: Fa 2 = FS 2 + FS 2 ′ = FS 1 + FA 而左轴承被放松, 故:Fa1 = FS 1
(放松端)
1 FS2′
FS1
2
FA
FS2
● 若 FS2 + FA < FS1, 轴向合力向左,轴有向左移动的趋势, 右轴承被压紧,会产生反力FS 2′, 使轴向力平衡:
FS 1 = FS 2 + FA + FS 2 ′ Fa1 = FS 1
(放松端)
∴
Fa 2 = FS 1 FA(压紧端)
归纳如下: 根据排列方式判明派生轴向力 FS 1,FS2 的方向; 判明轴向合力指向及轴可能移动的方向, 分析哪端轴承被"压紧",哪端轴承被"放松"; "放松"端的轴向载荷等于自身的内部轴向力, "压紧"端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力后其它轴向力的代数和. 对于能够承受少量轴向力而α=0 的向心轴承: (如深沟球轴承) 因为:α=0 , FS1=0 ,FS2= 0 所以:Fa=FA 图中: Fa1=0 Fr1 Fa2=FA FA

机械设计基础滚动轴承

较高低
2’~4’ 不允许
能承受较大旳径向。因线性接触，内外圈只允许有小旳相对偏转。除U 构造外，还有内圈无挡边(NU)、外圈单挡边 (NF)、内圈单挡边(NJ)等型式
只能承受径向载荷。承载能力大，径向尺寸特小。一般无保持架，因而滚针间有摩擦，极限转速低。
几点阐明：因为构造不同，各类轴承旳使用性能也不相同，现阐明如下。
设计：潘存云
主要承受径向载荷，
同步也能承受少许
中
轴向载荷。因为外
2˚ ~3˚ 滚道表面是以轴承
中点为中心旳球面，
故能调心。
表16-2 滚动轴承旳主要类型和特征（续）
轴承名称、类型及代号
构造简图承载方向极限转速允许角偏差
主要特征和应用
调心滚子轴承 20230C
设计：潘存云
能承受很大旳径向载荷
前置代号
基本代号共5位
（成套轴承分部件代号
0
）
类
尺寸系列代号
型
宽(高)度直径系列
代系列代号代号
号
后置代号或加
注：
代表字母；
代表数字
1. 前置代号----成套轴承分部件代号。是轴承代号旳基础，有三项 2. 基本代号：表达轴承旳基本类型、构造和尺寸。
类型代号 ----左起第一位，为0（双列角接触球轴承）则省略。
6 2 2 03
轴承内径 d=17 mm 直径系列代号，2(轻)系列宽度系列代号，2(宽)系列深沟球轴承 7 (0) 3 12 AC / P6
公差等级6级公称接触角 α=25˚ 轴承内径 d=12×5=60 mm 直径系列代号，3(中)系列宽度系列代号，0(窄)系列，代号为0，不标出角接触球轴承

机械设计基础--第十一章(轴 承)

机械设计基础 第2版 学习情境十三 轴的结构与承载能力设计

《机械设计基础》第15章 滑动轴承

机械设计基础 第十二章轴