第5章機械基礎(chǔ)

第5章機械零件第五章機械零件§5.1軸軸是組成機器的重要零件之一，主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳送運動和動力。一、軸的分類根據(jù)接受載荷不同分類：1〕轉(zhuǎn)軸同時接受扭矩和彎曲載荷的作用，例如齒輪減速器中的軸。2〕心軸只需接受彎矩而不傳送轉(zhuǎn)距，例如鐵路車輛的軸、自行車的前軸等。按軸旋轉(zhuǎn)與否分為轉(zhuǎn)動心軸和固定心軸兩種，3〕傳動軸只接受扭矩而不接受彎矩或接受彎矩較小的軸。例如下圖的汽車傳動軸。2、根據(jù)軸線的外形不同分類二、軸的資料由于軸任務時產(chǎn)生的應力多為變應力，所以軸的失效多為疲勞損壞，因此軸的資料應具有足夠的疲勞強度、較小的應力集中敏感性和良好的加工性能等。軸的主要資料是碳鋼和合金鋼。1、碳鋼：價錢低廉，對應力集中的敏感性較低，可以利用熱處置提高其耐磨性和抗疲勞強度。常用的有35、40、45、50鋼。2、合金鋼：對于要求強度較高、尺寸較小或有其它特殊要求的軸，可以采用合金鋼資料。耐磨性要求較高的可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼；要求較高的軸可以運用40Cr3、對于外形復雜的軸，如曲軸、凸輪軸等，也采用球墨鑄鐵或高強度鑄造資料來進展鑄造加工，易于得到所需外形，而且具有較好的吸振性能和好的耐磨性，對應力集中的敏感性也較低。二、保證軸上零件的準確定位1、軸向定位1〕軸肩與軸環(huán)定位方便可靠、不需求附加零件，能接受的軸向力大；。這種方法廣泛用于各種軸上零件的定位。為了保證零件與定位面靠緊，軸上過渡圓角半徑應小于零件圓角半徑或倒角，普通定位高度取為〔0.07～0.1〕d，軸環(huán)寬度b=1.4h。2〕套筒定位可以簡化軸的構(gòu)造，減小應力集中構(gòu)造簡單、定位可靠。多用于軸上零件間間隔較小的場所。但由于套筒與軸之間存在間隙，所以在高速情況下不宜運用。3〕彈性擋圈定位構(gòu)造緊湊、簡單、裝拆方便，但受力較小，且軸上切槽會引起應力集中，常用于軸承的定位。4〕軸端擋圈任務可靠，可以接受較大的軸向力，運用廣泛。2、周向定位軸上零件的周向定位方法主要有鍵〔平鍵、半圓鍵、楔鍵等〕、花鍵、型面、過盈等等1〕平鍵聯(lián)接制造簡單、裝拆方便。用于傳送轉(zhuǎn)矩較大，對中性要求普通的場所，運用最為廣泛。2〕花鍵聯(lián)接承載才干高，定心好、導向性好，但制造較困難，本錢較高。適用于傳送轉(zhuǎn)矩較大，對中性要求較高或零件在軸上挪動時要求導向性良好的場所。3〕過盈配合構(gòu)造簡單、定心好、承載才干高和在振動下能可靠的任務。但裝配困難，且對配合尺寸的精度要求較高4〕銷聯(lián)接用于固定不太重要、受力不大，但同時需求周向或軸向固定的零件。三、軸的構(gòu)造工藝性軸的外形應簡單、便于加工。一根軸上的圓角應盡能夠取一樣的半徑，退刀槽取一樣的寬度，倒角尺寸一樣；一根軸上各鍵槽應開在同一母線上，以減少換刀次數(shù)和調(diào)整次數(shù)。需求磨削的軸段，應該留有砂輪越程槽，需求切制螺紋的軸段，應留有退刀槽，為了便于裝配，軸端應加工出倒角。四、減小應力集中軸上的應力集中會嚴重減弱軸的疲勞強度，所以應該在軸剖面發(fā)生突變的地方制成適當?shù)倪^渡圓角；相鄰兩軸段直徑差不宜過大等措施。此外改善軸的外表質(zhì)量降低外表粗糙度可以提高軸的疲勞強度5.2鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型兩大類型：1類：松鍵聯(lián)接——1〕平鍵；2〕半圓鍵；3〕花鍵平鍵——普通平鍵；導向鍵與滑鍵。普通平鍵：A型、B型、C型2類：緊鍵聯(lián)接1〕楔鍵聯(lián)接；2〕切向鍵聯(lián)接1．平鍵聯(lián)接其特點是：鍵的兩側(cè)面是任務面，靠鍵與鍵槽的側(cè)面擠壓來傳送扭矩；平鍵聯(lián)接具有構(gòu)造簡單、裝拆方便、對中良好優(yōu)點。采用B型平鍵時，軸上的鍵槽用盤銑刀銑出，鍵槽兩的應力集中較小。C型平鍵常用于軸端的聯(lián)接。導向平鍵用于動聯(lián)接，其特點是鍵較長，鍵與輪轂的鍵槽采用間隙配合，故輪轂可以沿鍵作軸向滑動2．半圓鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接，軸上鍵槽用尺寸與半圓鍵一樣的半圓鍵銑刀銑出，因而鍵在槽中能繞其幾何中心擺動以順應轂上鍵槽的傾斜度。半圓鍵用于靜聯(lián)接，其兩側(cè)面是任務面。其優(yōu)點是工藝性好，缺陷是軸上的鍵槽較深，對軸的強度影響較大，所以普通多用于輕載情況的錐形軸端聯(lián)接3．楔鍵聯(lián)接楔鍵聯(lián)接的特點是：鍵的上下兩面是任務面，鍵的上外表和輪轂鍵槽底部各有1：100的斜度。任務時，主要靠鍵、軸和轂之間的摩擦力傳送轉(zhuǎn)矩，其缺陷：是楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心和傾斜。因此主要用于定心精度要求不高和低速的場所。三、花鍵聯(lián)接由軸和輪轂孔周向均布的多個鍵齒構(gòu)成的聯(lián)接稱為花鍵聯(lián)接。在任務時，靠側(cè)面的擠壓傳送扭矩。與普通平鍵相比具有承載力高、軸和轂受力均勻、定心性和導向性好等優(yōu)點。但加工需求公用設備和工具，本錢較高。5.3軸承軸承是機器中支承軸作回轉(zhuǎn)運動的部件。根據(jù)摩擦性質(zhì)，軸承可分為滑動軸承和滾動軸承。§5.3.1滑動軸承概述一、滑動軸承類型：按承載：向心軸承〔受Fr〕；推力軸承〔受Fa〕按光滑形狀：流體光滑軸承；非流體光滑軸承；無光滑軸承〔不加光滑劑〕二、滑動軸承的特點優(yōu)點：1〕承載才干高；2〕任務平穩(wěn)可靠、噪聲低；3〕徑向尺寸??；4〕精度高；5〕流體光滑時，摩擦、磨損較??；6〕油膜有一定的吸振才干1〕非流體摩擦滑動軸承、摩擦較大，磨損嚴重。2〕流體摩擦滑動軸承在起動、行車、載荷、轉(zhuǎn)速比較大的情況下難于實現(xiàn)流體摩擦；3〕流體摩擦、滑動軸承設計、制造、維護費用較高。三、運用：1〕轉(zhuǎn)速特高或特低；2〕對回轉(zhuǎn)精度要求特別高的軸；3〕接受特大載荷；4〕沖擊、振動較大時；5〕特殊任務條件下的軸承；6〕徑向尺寸受限制或軸承要做成剖分式的構(gòu)造例：機床、汽輪機、發(fā)電機、軋鋼機、大型電機、內(nèi)燃機、鐵路機車、儀表、天文望遠鏡等。一、徑向滑動軸承徑向滑動軸承可以分為整體式和剖分式〔對開式〕兩大類。1、整體式徑向滑動軸承整體式滑動軸承由軸承座和軸承套組成。軸承套壓裝在軸承座孔中，普通配合為H8/s7。軸承座用螺栓與機座聯(lián)接，頂部設有安裝注油油杯的螺紋孔。軸套上開有油孔，并在其內(nèi)外表開油溝以保送光滑油。這種軸承構(gòu)造簡單、制造本錢低，但當滑動外表磨損后無法修整。所以，整體式滑動軸承多用于低速、輕載和間歇任務的場所。2、部分式滑動軸承是由軸承蓋、軸承座、剖分軸瓦和螺栓組成。正滑動軸承軸承座程度剖分為軸承座和軸承蓋兩部分，并用二〔或四〕個螺栓聯(lián)接。為了防止軸承蓋和軸承座橫向錯動和便于裝配時對中，軸承蓋和軸承座的剖分面做成階梯狀。對開式滑動軸承在裝拆軸時，軸頸不需求軸向挪動，裝拆方便。另外，適當增減軸瓦剖分面間的調(diào)整墊片，可以調(diào)理軸頸與軸承之間的間隙。3、自動調(diào)心軸承軸承的構(gòu)造特點是軸瓦的外外表做成凸形球面，與軸承蓋及軸承座上的凹形球面箱配合，當軸變形時，軸瓦可隨軸線自動調(diào)理位置，從而保證軸頸和軸瓦為球面接觸。二、推力滑動軸承推力滑動軸承用于接受軸向載荷。它由軸承座、套筒、徑向軸瓦、止推軸瓦所組成。相對滑動端面通常采用環(huán)狀端面。當載荷較大時，可采用多環(huán)軸頸，這種構(gòu)造可以接受雙向軸向載荷。三、軸承資料滑動軸承的主要失效方式有：磨粒磨損、刮傷、膠合、疲勞剝落等。軸承資料性能應著重滿足以下主要要求：1〕良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性2〕良好的順應性，嵌入性和磨合性3〕足夠的強度和必要的塑性4〕良好的耐腐蝕性、熱化學性能〔傳熱性和熱膨脹性〕和調(diào)滑性〔對油的吸附才干〕5)良好的工藝性和經(jīng)濟性等常用資料有:1〕軸承合金〔通稱巴氏合金或白合金〕3〕鑄鐵：灰鐵；球鐵〔中有游離的石墨能有光滑作用〕性能較好，適于輕載、低速，不受沖擊的場所。4〕多孔質(zhì)金屬資料這是不同金屬粉末經(jīng)壓制、燒結(jié)而成的軸承資料。這種資料是多孔構(gòu)造的，孔隙約占體積的10％～35％。運用前先把軸瓦在加熱的油中浸漬數(shù)小時，使孔隙中充溢光滑油，因此通常把這種資料制成的軸承稱為含油軸承。它具有自光滑性。5〕非金屬資料非金屬資料中運用最廣的是各種塑料，如酚醛樹脂、尼龍、聚四氟乙烯等。聚合物的特性是：與許多化學物質(zhì)不起反響，抗腐蝕性好。軸承合金是錫、鉛、銻、銅的合金，它以錫或鉛作為基體，其內(nèi)含有銻錫〔Sb-Sn〕或銅錫〔Cu-Sn〕的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，軟基體那么添加資料的塑性。軸承合金適用于重載、中高速場所，價錢較貴。2〕銅合金銅合金具有較高的強度，較好的減磨性和耐磨性，是最常用的資料。錫青銅——減摩、耐磨性最好，運用較廣，強度比軸合金高，適于重載、中速鉛青銅——抗膠合才干強，適于高速、重載鋁青銅——強度及硬度較高，抗膠合性差，適于低速、重載傳動1概述規(guī)范件1.1構(gòu)造內(nèi)圈：普通隨軸轉(zhuǎn)動，有滾道，限制滾動體的側(cè)向挪動外圈：普通不轉(zhuǎn)動，有滾道，限制滾動體的側(cè)向挪動滾動體：中心元件，在滾道中產(chǎn)生滾動摩擦有球、圓柱磙子、圓錐磙子等堅持架：將滾動體均勻分開，防止相互碰撞，減小磨損〔假設滾動體接觸，速度方向相反，是兩倍〕，減少發(fā)熱球滾子圓柱滾子滾針鼓形滾子圓錐滾子非對稱鼓形滾子螺旋滾子5.3.2滾動軸承1.2資料內(nèi)圈、外圈、滾動體：軸承鉻鋼GCr15，硬度60~65HRC堅持架：低碳鋼；銅、鋁、工程塑料1.3優(yōu)缺陷摩擦小，效率高徑向游隙小，運轉(zhuǎn)精度高寬度小，構(gòu)造緊湊大多可受軸向和徑向載荷，構(gòu)造簡單易于維護，易于改換規(guī)范件，本錢低接受沖擊載荷才干差壽命較低，徑向尺寸大2滾動軸承的類型和選擇2.1滾動軸承的類型公稱接觸角α：向心推力軸承滾動體與外圈接觸處的法線與半徑方向的夾角滾針軸承：用于徑向尺寸受限的場所類型：見下頁

NN向心軸承徑向接觸軸承向心角接觸軸承主要接受球軸承亦能接受較小同時接受和：滾動體同外圈滾道接觸點的法線與垂直于軸承軸心線的平面之間的夾角推力軸承推力角接觸軸承軸向接觸軸承也接受較小主要接受只能接受軸向承載才干按公稱接觸角分類2滾動軸承類型的選擇轉(zhuǎn)速：高轉(zhuǎn)速選球軸承，低轉(zhuǎn)速大載荷選磙子軸承載荷：同時受徑向和軸向載荷選角接觸軸承或磙子軸承，主要受徑向載荷那么選深溝球，推力大選推力角接觸軸承軸承內(nèi)、外圈間的傾斜角要控制在允許范圍為便于裝拆可選用內(nèi)外圈分別型經(jīng)濟上球軸承比磙子軸承廉價球軸承滾子軸承高速、輕載低速、重載后置代號特殊資料特殊構(gòu)造C15AC25B40公差/P2、4、5、6、6x、0游隙/C1、2、0、3、4、50例:7211C/P5根本代號五四三二一類型內(nèi)徑20~480直徑系列2輕3中4重寬度系列多數(shù)正常系列可不標前置代號分部件：內(nèi)圈L外圈堅持架K滾動體角接觸球軸承、正常寬度、輕系列、直徑55、接觸角155級精度；常用游隙。3滾動軸承代號尺寸系列見課本軸承內(nèi)徑代號前置代號后置代號(留意配置代號)背對背(寬邊對寬邊)、面對面、串聯(lián)〔P369〕4滾動軸承的力分析、失效和計算準那么4.1向心軸承中作用力的分布推力軸承可以以為載荷平均分擔，徑向軸承那么不然推力軸承F0=Fa/z向心軸承，在載荷Fr的作用下,根據(jù)變形關(guān)系，中間滾動體受力最大，向兩邊逐漸減小Fa4.2角接觸軸承中的附加軸向力角接觸軸接受徑向力時會產(chǎn)生附加軸向力，計算方法見P371表18.4由于會產(chǎn)生軸向力，方向由寬邊指向窄變，故應配對運用4.3滾動軸承的失效點蝕、塑性變形、磨損、元件破裂控制動載荷控制靜載荷動載荷引起點蝕靜載荷引起塑性變形失效方式計算準那么控制動載荷控制靜載荷疲勞壽命計算靜強度校核計算準那么：接觸疲勞壽命計算和靜強度計算，低速軸承可僅僅做靜強度計算5滾動軸承的動載荷和壽命計算5.1根本額定動載荷和根本額定壽命軸承壽命：軸承出現(xiàn)點蝕時運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速或小時數(shù)，單個軸承的壽命不能作為同型號的一批軸承的壽命根本額定壽命：一批一樣的軸承中90％的軸承不發(fā)生疲勞點蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)〔以106為單位〕或小時數(shù)。根本額額定壽命用L10或L10h來表示?！惨慌粯虞S承在實驗條件下，10%的軸承發(fā)生疲勞點蝕時所到達的壽命，對單個軸承而言，能到達此壽命的可靠度為９０％〕根本額定動載荷：規(guī)范規(guī)定，根本額定壽命等于106轉(zhuǎn)時軸承所能接受的載荷稱為根本額定動載荷，用符號Co表示，也就是說在根本額定動載荷下，軸承可以任務106轉(zhuǎn)，而不點蝕,其可靠度為９０％。該值越大，承載才干越強。根本額定動載荷C軸向向心軸承純徑向載荷推力軸承純軸向載荷徑向5.2當量動載荷：將同時受徑向力和軸向力的軸承力轉(zhuǎn)化為一個計算載荷，在該載荷作用下的軸承壽命與實踐一樣計算公式：P=XFr+YFaX、Y徑向和軸向動載荷系數(shù)見P374表18.75.3根本額定壽命計算PεL10=常數(shù)載荷—壽命曲線〔6208〕一磙子軸承，ε=10/3問：P變?yōu)?P，C變?yōu)?C及n變?yōu)?n時,L10有何變化，假好像時將P變?yōu)?P，n變?yōu)?n時L10有何變化？解：1、P變?yōu)?P2、C變?yōu)?C3、n變?yōu)?n例題15.4角接觸軸承的載荷計算載荷作用中心〔查手冊〕FRFRFr1Fr2FS1FS2Fr2Fr1FS1FS2軸向載荷計算根據(jù)外加軸向載荷FA及內(nèi)部軸向力FS1、FS2“判別〞：壓緊端產(chǎn)生平衡反力F1’故Fa1=Fs1+F1’=Fs1+(Fs2+Fa-Fs1)=fs2+Fa放松端相當于不受外部軸向力軸承被壓緊，軸承被放松那么Fa1=FA+FS2〔Fs2+Fa>Fs1〕Fa2=FS2結(jié)論：1.“放松〞軸承的軸向力等于其內(nèi)部軸向力；2.“壓緊〞軸承的軸向力等于除本身附加軸向力外，其它外力的代數(shù)和。軸承被壓緊，軸承被放松那么Fa1=FS1(Fs2+Fa<Fs1)Fa2=FS1-FAFRFAFr1FS1FS2

Fr2例題2

圖示斜齒輪軸系，兩端正裝兩個圓錐滾子軸承，軸頸d0=30~35mm；齒輪分度圓直徑d=45mm，F(xiàn)t=3000N，F(xiàn)r=1200N，F(xiàn)a=900N；n=385rpm，中等沖擊載荷；計算軸承壽命。5050Rr1Rr2Ra1Ra2Rt1Rt2R1R2

FrFaFt垂直平面Rr1=Rr2=600Ra1=Ra2=202.5那么RVI=397.5，RV2=802.5解：選取軸承型號“30206〞〔7206〕C=24.8kN，e=0.36，Y=1.71.計算徑向力程度平面Rt1=Rt2=1500

軸承放松：軸向力A1=FS1=456N軸承壓緊：軸向力A2=Fa+FS1=6N3.計算當量動載荷R1R2Fa=900NFS1FS2

P1=fPR1=1.51552=2328NP2=fP(XR2+YA2)=1.5(0.41701+1.76)=4478N

2.計算軸向力由手冊C=24.8kN，e=0.36，Y=1.74.計算壽命6滾動軸承的組合設計主要思索要素：軸系的固定、軸承與相關(guān)零件的配合、軸承的光滑與密封、提高軸系的剛度6.1滾動軸承軸系支點固定的構(gòu)外型式兩端單向固定：兩端的軸承各限制一個方向的軸向挪動一端雙向固定一端游動：軸系的一端限制兩個方向的軸向挪動兩端游動軸承內(nèi)圈和外圈軸向固定構(gòu)造〔P390圖18.29,18.30,18.31〕軸肩與套筒圓螺母、軸端擋圈軸承游隙及軸系的軸向位置調(diào)整方法墊片圓螺母裝拆的方便性6.2滾動軸承的光滑和密封6