项目八--轴与轴承的设计

项目八轴和轴承的设计任务：能根据客户给定的条件进行轴的强度校核，会选用滚动轴承。机械设计基础——轴能力目标：A2.能够运用技术资料（如国家标准、相关设计手册、图册），会选用标准零件；A3.能根据客户要求，用现代方法-CAD进行通用零件、专用机械零部件的设计；A4.能够对设计的通用零件进行强度校核计算；A5．具备机械设备使用、维护管理和故障分析的能力；知识目标：K2.熟悉常用机构的工作原理、组成、分类、特点及应用场合；K3.掌握常用机构设计的基本方法；K4.理解有关机械设计计算的基本理论；K5.掌握机构的结构、运动特性、机械动力学的基础知识；K6.掌握通用零件的工作原理、特点、组成、分类及应用场合；其他素质：Q1.领悟并执行7S管理，使学生具备职业素养Q2.具有主动参与、积极进取、崇尚科学、实事求是的学习态度和思想意识Q3.具有的科学态度和辩证思维能力和创新精神Q4.培养良好的职业道德和正确的设计思维方式Q5.培养创新意识和解决实际问题的能力Q6.具有良好的团队合作精神与竞争意识8-1概述机械设计基础——轴二、轴的分类1按载荷性质分类2按形状分类轴：支承回转零件的零件一、轴的功用1.支承旋转零件并传递运动和动力2.保证所有轴上零件有确定的轴向工作位置1按载荷性质分类心轴：只承受弯矩，不承受转矩传动轴：主要承受转矩转轴：既承受弯矩，又承受转矩机械设计基础——轴2按形状分类直轴、曲轴、软轴机械设计基础——轴三、轴设计解决的问题1、结构问题—确定轴的形状和尺寸2、强度问题—防止轴发生疲劳断裂3、刚度问题—防止轴发生过大的弹性变形4、振动稳定性问题—防止轴发生共振机械设计基础——轴1.拟定轴上零件装配方案2.估算轴的最小直径ｄmin3.确定各段直径及长度4.确定轴的结构要素轴的结构设计轴的强度计算其它计算1.刚度计算2.振动稳定性计算(临界转速)1.许用切应力法(扭转强度)2.许用弯曲应力法(弯扭合成强度)3.安全系数计算法：疲劳强度计算、静强度计算8-2轴的结构和材料机械设计基础——轴一、轴的结构二、轴的材料一、轴的结构机械设计基础——轴轴肩(轴环)：轴的直径变化所形成的阶梯处轴颈轴头轴身轴头：轴和旋转零件的配合部分轴颈：轴和轴承配合的部分轴身：连接轴颈与轴头部分轴的结构设计的要求机械设计基础——轴3.定位和固定要求：轴与轴上零件要有准确的工作位置，并牢固地保持这一位置4.尽量减少应力集中,改善轴的受力状态1.制造工艺性要求：轴应有良好的制造工艺，便于加工2.装拆要求：轴上零件要易于装拆、调整1制造工艺性要求轴应有良好的制造工艺，便于加工机械设计基础——轴加工方法不同，轴的结构也可能不同键槽应位于同一母线上；螺纹退刀槽；砂轮越程槽光轴等强度轴阶梯轴车削倒角磨削砂轮越程槽2装拆要求机械设计基础——轴阶梯状轴——轴端应有45°倒角非定位轴肩(便于装配)、定位轴肩(零件定位)设计轴肩时应注意:轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定)轴肩圆角ｒ＜轮毂孔圆角Ｒ(倒角Ｃ)轴上零件要易于装拆、调整不同的装拆方案，得到不同结构轴的直径应圆整成标准值3定位和固定要求机械设计基础——轴周向固定轴向定位和固定轴与轴上零件要有准确的工作位置定位：零件有准确的工作位置固定：零件在轴上的位置牢固可靠周向定位和固定机械设计基础——轴常用的周向固定方法：键、花键、紧定螺钉、过盈配合等防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩轴向定位和固定机械设计基础——轴常用的轴向定位和固定方法：轴肩、套筒、螺母、轴端挡圈等轴头长度轮毂的轴向长度防止轴上零件工作时发生轴向蹿动4尽量减少应力集中,改善轴的受力状态机械设计基础——轴改善零件位置及结构,以改善轴的受力状态尽量减少应力集中：轴肩处要有过渡圆角相邻轴径的变化不宜太大二、轴的材料机械设计基础——轴2.球墨铸铁:QT500-5、QT600-2轴的材料，见表14.41.钢：碳素钢：优质碳素钢:35、50、45轴钢普通碳素钢Q235、Q255、Q275合金钢：20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo8-3轴的计算机械设计基础——轴一、轴的强度计算二、轴的刚度计算轴的工作能力主要取决与强度和刚度，高速轴还要校核振动稳定性令其为系数C1、按扭转强度计算机械设计基础——轴扭剪应力:适用状况：(1)轴只传递转矩，不承受弯矩（或很小的弯矩）(2)弯矩未知，按扭距作初步计算TTWTndPdT3632.01055.916/T设计公式:mmnPCnPTdTT333][2.01055.9][2.06ττ系数C与轴的材料和承载情况有关，查表14.1注意:若该轴段有一个键槽，d值增大3%;有两个键槽，增大7%2按弯扭合成强度计算机械设计基础——轴步骤：绘制受力计算简图计算所有力引起的弯矩合成弯矩M计算扭矩合成当量弯矩M’强度条件：适用状况：轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向和作用点已知——准确计算弯、扭联合作用时，采用第三强度理论22VHMMM22)('TMM][''1bWM为扭-弯应力性质折合系数弯扭合成设计公式机械设计基础——轴设计公式：3][1.0'1bMd危险截面的确定：综合轴上弯扭矩和轴直径选择一两个截面二、轴的刚度计算机械设计基础——轴2、扭转刚度计算扭转角条件：1、弯曲刚度计算挠度条件：转角条件：][yy][][8-4轴的设计1、类比法2、设计计算法步骤：（1）根据轴的工作条件选材，确定许用应力。（2）按扭转强度估算轴的最小直径。（3）设计轴的结构，绘制轴的结构草图。（4）按弯扭合成进行轴的强度校核。（5）修改轴的结构后再进行校核计算。（6）绘制轴的零件图。一、轴的强度计算机械设计基础——轴轴的计算流程：机器的结构轴的长度轴上零件的位置载荷计算简图力学分析简化强度计算轴径轴的结构设计FT计算方法：按扭转强度计算按弯扭合成强度计算结构示例：结构改错机械设计基础——轴⑥轴承没定位⑦轴向定位不确定⑧轴承用错或装错⑨无调整垫片⑩端盖端面无凹坑加工量大①无定位轴肩②端盖无密封③键槽太长④无非定位轴肩⑤套筒太高①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩概述机械设计基础——轴承箱体齿轮轴轴承轴承孔轴承：支持轴或轴上转动零件的部件作用：支持轴及轴上零件，保持轴的旋转精度减少转轴与支持面间的摩擦磨损分类：按承载方向分：向心轴承、推力轴承按摩擦性质分：滑动轴承、滚动轴承滚动轴承15-1滚动轴承概述15-2滚动轴承的结构和类型15-3滚动轴承的代号15-4滚动轴承的失效形式及选择计算15-5滚动轴承的组合设计机械设计基础——轴承基本要求:熟悉滚动轴承的代号、正确地选择滚动轴承的类型掌握滚动轴承的寿命计算正确进行滚动轴承组合设计难点：向心推力轴承(指角接触球轴承与圆锥滚子轴承)的受力分析8-5滚动轴承概述滚动轴承是标准件，由专业轴承厂集中生产机械设计基础——轴承特点：摩擦阻力小,功率损耗少,起动灵敏，f＝0.05,η=0.98～0.995可同时承受径向和轴向载荷，简化了支承结构径向间隙小，还可用预紧方法消除间隙，因此回转精度高互换性好，易于维护，润滑简便,价格低抗冲击能力差,高速时出现噪音寿命也比不上液体润滑的滑动轴承径向尺寸大8-6滚动轴承的结构和类型一、结构二、材料三、分类四、类型及特点机械设计基础——轴承一、结构机械设计基础——轴承组成：内圈、外圈、滚动体、保持架外圈内圈滚动体保持架二、材料机械设计基础——轴承保持架：避免滚动体直接接触，减少发热和磨损材料：低碳钢；铜、铝、工程塑料内圈、外圈、滚动体：高硬度、高接触疲劳强度、良好耐磨性和冲击韧性材料：含铬轴承钢，硬度60~65HRC三、分类机械设计基础——轴承1按滚动体形状分2按受载方向分1按滚动体形状分按滚动体形状分：球轴承、滚子轴承机械设计基础——轴承又可细分为：球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承2按受载方向分按受载方向和公称接触角分：机械设计基础——轴承滚动体与套圈接触处的法线与轴承的径向平面之间的夹角（1）向心轴承径向接触轴承：=0º，主要承受径向载荷，及小的轴向载荷。向心角接触轴承：0º≤45º，同时承受径向和轴向载荷。（2）推力轴承推力角接触轴承：45º90º，承受轴向载荷，及小的径向载荷。轴向接触轴承：=90º，只能承受轴向载荷。按轴承承受载荷分类向心轴承和推力轴承：向心轴承主要用于承受径向载荷推力轴承主要用于承受轴向载荷力公称接触角四、类型及特点机械设计基础——轴承1向心轴承(=0º)2调心轴承(=0º)3向心推力轴承(0º＜90º)4推力轴承(=90º)5选择原则1向心轴承(=0º)深沟球轴承:6类→nlim最高、价廉,优先采用受力类型:Fr,不大的Fa(双向)圆柱滚子轴承:N类→承载力较大受力类型:很大的Fr,不能承受轴向力Fa机械设计基础——轴承滚针轴承:NA类→内外圈可分离,径向尺寸小受力类型:很大的Fr,不能承受轴向力Fa2调心轴承(=0º)调心球轴承:1类→调心性能最好受力类型：Fr,不大的Fa(双向)机械设计基础——轴承调心滚子轴承:2(3)类→调心性能好、承载力较大受力类型：Fr,不大的Fa(双向)3向心推力轴承(0º＜90º)角接触球轴承:７类，＝15º、25º、40º受力类型：Fr,单向Fa机械设计基础——轴承圆锥滚子轴承：3类受力类型：Fr,单向Fa4推力轴承(=90º)推力球轴承:5类受力类型：只承受轴向(Fa)机械设计基础——轴承单列：承受单向轴向力双列：承受双向轴向力5滚动轴承类型的选择原则根据载荷大小、性质、轴承的转速、调心性能、安装和拆卸、价格等确定轴承类型其中，载荷(包括大小和方向)、转速的大小一般是最主要的机械设计基础——轴承一般而言，高速，平稳低载：60000（深沟球轴承）载荷较大+冲击：滚子轴承径/轴向载荷较大：较低转速：30000（圆锥滚子）较高转速：70000角接触球轴承轴向载荷径向载荷：推力+向心组合8-7滚动轴承的代号滚动轴承为标准件：GB/T272-1993机械设计基础——轴承前置代号基本代号后置代号尺寸系列代号分部件代号类型代号内径代号直径系列代号宽度系列代号内部结构代号密封与防尘代号公差等级代号。。。字母21345字母(+数字)1内径尺寸代号2尺寸系列代号3类型代号基本代号机械设计基础——轴承表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础表明轴承的内径、直径系列、宽度系列、类型1内径尺寸代号右起第1、2位数字内径d:（即轴的直径）00——10mm01——12mm02——15mm03——17mm04~96——数字x5mm机械设计基础——轴承对于内径(500mm，以及22mm、28mm、32mm的轴承，用公称内径数值直接表示，但在与尺寸系列代号之间用“/”分开2尺寸系列代号直径系列代号、宽度系列代号直径系列代号：第三位数字指结构相同、内径相同的轴承使用不同直径的滚动体，在外径和宽度方面的变化系列0,1—特轻2—轻3—中4—重机械设计基础——轴承宽度系列代号：第四位数字，常与直径系列代号同时使用表示同一内径和外径的轴承可以有不同的宽度多数正常系列可不标0,1特轻2轻5轻宽3中6中宽4重3类型代号第五位(从右到左数)，用数字或字母表示代号为0（双列角接触球轴承），则省略机械设计基础——轴承具体见p288表15.4代号轴承类型旧代号3圆锥滚子轴承75推力球轴承86深沟球轴承07角接触球轴承6N圆柱滚子轴承2NA滚针轴承4常用的几类滚动轴承，一般无前置代号前置代号机械设计基础——轴承用字母表示表示成套轴承分部件,见教材P289表