机械设计禁忌(滚动轴承 滑动轴承).ppt

机 械 设 计 禁 忌,滑动和滚动轴承部分,作者：韩越,目 录,一、前言二、滑动轴承三、滚动轴承,前 言,技术越是向高度发展，一般问题对设计的影响也越大，过去没有和事故联系起来的问题，也已经和事故联系起来考虑了。而设计人员随着新技术和测试手段的不断发展,其着眼点往往偏重于这些高技术，逐渐产生了忽视周围环境细节的倾向。同时，现在在进行设计的过程中，设计人员判断环境条件是否齐备完善的第六感官能力和自我检查能力正在退化。这是需要引起注意和必须予以克服的重要问题。,鉴于以上情况，为防止脱离以基础问题和一般问题为主的设计常识，把它作为设计表现在图样上的最低限度的常识，而编写成为设计人员务必掌握的一种设计禁忌集。,1滑动轴承设计禁忌,滑动轴承常用于高速、重载、高精度以及结构要求对开的场合，因此在气轮机、内燃机、大型电机、仪表、机床、航空发动机以及铁路机车等机械上被广泛应用。此外，在低速、伴有冲击的机械中，如搅拌机、破碎机等机械中也常采用滑动轴承。,2.点一面接触单元用于某一点和任意形状的面的接触可使用多个点面接触单元模拟棱边和面的接触；不必事先知道接触的准确位置；两个面可以具有不同的网格；支持大的相对滑动；支持大应变和大转动。例：点面接触可以模拟棱边和面之间的接触,3.点点接触单元用于模拟单点和另一个确定点之间的接触。建立模型时必须事先知道确切的接触位置；多个点点接触单元可以模拟两个具有多个单元表面间的接触；每个表面的网格必须是相同的；相对滑动必须很小；只对小的转动响应有效。例如:点一点接触可以模拟一些面的接触。如地基和土壤的接触,1、要使润滑油能顺利进入摩擦表面,不能使润滑油进入全部摩擦表面,不能使润滑油进入轴向摩擦表面,较差,较差,动画,为使润滑油顺利进入轴承全部摩擦表面，要开油沟使油、脂能沿轴承的圆周方向和轴向方向得到适当的分配。,不能使润滑油进入圆周方向摩擦表面,不能使润滑油进入圆周方向摩擦表,较差,较好,动画,动画,润滑油能到达各摩擦面,润滑油能到达各摩擦面,较好,较好,动画,动画,2、润滑油应从非承载区引入轴承,不应当把进油孔开在承载区，因为承载区的压力很大。显然压力很低的润滑油是不可能进入轴承间隙中，反而会从轴承中被挤出。,进油孔开在非承载区，习惯上开在与轴荷作用线45度的地方,误,正,轴不转，轴承转，进油孔开在了轴承上，当轴承转过承载区时就不能使油进入了,误,轴不转，轴承转，进油孔开在轴的非承载区上,正,动画,3、不要使全油环槽开在轴承中部,为了加大供油量和加强散热，有时在轴承中切有环行油槽，布置在轴承中部具有较大宽度和深度的全环油槽把轴承一分为二，实际上成为两个短轴承，这就破坏了承载油膜，使承载能力降低。,较差,动画,对于竖直放置的轴承，全环油槽宜开设在轴的上端。,将全环油槽开设在轴承的一端或两端，则油膜的承载能力可降低得较少些。,较好,较好,4、要使油环给油充分可靠,使用油环润滑的场合，要尽量使悬挂在轴上的油环容易转动，否则给油就不充分。自由悬挂在轴上的油环工作时，轴心和油环中心的连接线要位移20度到25度左右，这点在设计轴承壳和轴瓦时，必须加以考虑。,自由悬挂式油环的位移,2025,油环与轴的接触面积太小,油环宽而不厚,能获得较好的与轴的接触面,较差,较好,较好,在油环内表面开若干条纵向槽，滑效果最好,5、加油孔不要被堵塞如果加油孔被堵塞，将会导致润滑失效。,产生位移使加油孔堵塞,错误,油孔配钻,正确,动画,动画,增设止动螺钉，防止轴瓦偏移，保证油路畅通,6、不要形成润滑油的不流动区,误,如果产生不流动区，会导致热油聚集并变质劣化，不能起正常润滑作用。,动画,由于没有出油口，进入的润滑油没法流动，形成不流动区,开有出油口使油循环起来,正确,无出油口，油无法循环，形成不流动区,误,动画,动画,开有出油口，油能循环，起到正常润滑作用,正,正,动画,动画,止推轴肩和轴瓦凸缘使油的流动受阻,误,在非承载区做纵向槽，使油能正常流动,正,7、防止出现切断油膜的锐边或棱角,误,出现锐边切断油膜并有刮商作用,正,平滑的圆角,正,如错位垫片将突出形成锐边，破坏油膜,误,垫片后退少许，不会形成锐边，能保护油膜,正,动画,动画,8、防止发生阶梯磨损,轴颈工作表面在轴承内终止，轴颈将磨损较软的轴承，出现凸肩,误,轴颈工作表面伸出轴承才终止，不会磨坏轴承,正,动画,在轴颈上加工出位于轴承内部的油槽，会在磨合中在轴承上形成棱肩,误,将油槽开在轴瓦上，避免在轴承上磨出棱肩,正,9、不要使轴瓦的止推端面为线接触,滑动接触部分是线接触，局部压强大，造成磨损和烧伤,误,滑动接触部分是线接触,误,滑动接触部分是面接触，轴瓦止推端面的圆角比轴的过渡圆角大,正,滑动接触部分是面接触，轴瓦止推端面的圆角比轴的过渡圆角大,正,10、止推轴承与轴颈不宜全部接触,轴承中心部分润滑油难以进入，造成润滑条件劣化,误,轴承中心部分切出凹坑，改善润滑条件，使磨损趋于均匀,正,轴承中心部分润滑油难以进入，造成润滑条件劣化,误,轴承中心部分切出凹坑，改善润滑条件，使磨损趋于均匀,正,11、球面推力轴承宜采用综合曲率半径大的接触副,综合曲率半径依次增大,a,b,c,球面接触的推力轴承其接触强度和接触刚度都与接触点的综合曲率半径有关，其越大工作能力越高,此综合曲率半径最大,12、承受重载荷或温升较高的轴承不要把轴承座和轴瓦接触表面中间挖空,承受重载或温升高，开槽或挖空导致变形或降低传热能力,误,承受重载或温升高，使轴瓦与轴承座全面接触,正,动画,13、不要发生轴瓦或衬套等不能装拆的情况,整体式轴瓦或圆筒衬套只能从轴向装拆，此方法不能装拆,误,整体式轴瓦或圆筒衬套能从轴向顺利装拆,正,动画,整体式轴瓦或圆筒衬套不能顺利的拆装,误,动画,整体式轴瓦或圆筒衬套能顺利的从两外侧拆装,正,动画,14、要减少中间轮和悬臂轴的支承轴产生的边缘压力,中间轮支承装置，用此结构使力作用平面通过轴承中心，避免轴承过快磨损,正,中间轮支承装置，如用悬臂支承装置，就加速了轴承的磨损,误,悬臂轴的支承轴承只有一个，容易产生边缘压力，使齿轮歪斜,误,悬臂轴的支承轴承有两个，加工简单，边缘压力减小,正,15、在轴承座孔不同心或在受载后轴线发生挠曲变形条件下要选择自动调心滑动轴承,轴瓦外支承面呈球面，球面中心线在轴线上，消除边缘接触的损害如轴承过于倾斜能自动适应调整,动画,16、轴瓦和轴承座不允许有相对移动,由于没有固定，轴瓦与轴承座会产生相对位移,加以固定，轴瓦与轴承座 不会产生相对位移,正,误,动画,用紧定螺钉或销钉将轴瓦和轴承座固定住，防止轴向或周向位移,正,正,轴,轴瓦,轴承座,17、要使双金属轴承中两种金属贴附牢靠,两种金属间无任何增加帖附性的结构，因此两种金属会产生位移,误,两种金属间有燕尾槽的结构增加帖附性,正,动画,在瓦底内表面有各种形式的榫头或沟槽，增加贴附性,正,在瓦底内表面有榫头，增加贴附性,正,18、确保合理的运转间隙,工作温度高时，应考虑轴颈的热膨胀，留出附加间隙,热膨胀的附加间隙,附加间隙,19、保证轴工作时热膨胀所需要的间隙,要留有热膨胀的附加轴向间隙，否则轴瓦凸缘和轴接触时会发生卡住的现象,正,动画,20、考虑磨损后的间隙调整,在工作中的磨损是不可避免的，因此要进行调整，此结构具备这个功能,要用抛分轴瓦，且中间留有间隙，待磨损后进行调整,较差,较好,21、高速轻载条件下的轴承要选用抗振性好的轴承,由于高速会导致轴颈偏离平衡位置，使轴承工作失稳,较差,可倾瓦块轴承的轴瓦能自动调整以适应轴颈的变化,最好,22、在轴承盖或上半箱体提升过程中不要使轴瓦脱落,在一些大型机器中，提升轴承或上半箱体时，在提升过程中轴瓦会有脱落的危险，因此要将轴瓦用螺钉或其他装置固定在轴承盖或箱体上,动画,23、设计塑料轴承不能按金属轴承同样处理,采用塑料宽轴承，轴瓦过长,采用塑料宽轴承，轴瓦分成两段,误,正,动画,塑料的抗弯强度低，塑料轴瓦与座接触中间有空，会造成弯曲,误,塑料轴瓦与座接触全部密贴,正,塑料弹性大，轴瓦壁厚中间有凸部,轴瓦壁厚均匀相等,误,正,2滚动轴承设计禁忌,滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。滚动体的基本类型有：钢球、圆柱滚子、圆锥滚子、滚针、鼓形滚子、不对称鼓形滚子 与滑动轴承相比，滚动轴承具有旋转精度高、启动力矩小、是标准件、选用方便等特点。,动画,各零件的作用：,外圈：支撑零件或轴系；,保持架:将滚动体分开。,内圈：支撑轴；,滚动体：滑动滚动；,滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。,内外圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。,装在机座或零件轴孔内；,二、滚动轴承的设计禁忌,调心球轴承,角接触球轴承,深沟球轴承,圆锥滚子轴承,圆柱滚子轴承,1、滚动轴承拆卸的设计,轴承的定位轴肩或孔间的高度得超过了座圈的2/3到3/4,误,轴承的定位轴肩或孔间的高度不得超过座圈的2/3到3/4,正,动画,F,因为已经超过了限制高度，必须开缺口供轴承的拆卸方便,因为已经超过了限制高度，而加入的装置对拆卸无帮助,正,误,动画,因为已经超过了限制高度，而加入的装置使拆卸方便,正,因为已经超过了限制高度，而加入了螺孔使拆卸方便,正,动画,2、轴承内圈圆角半径和轴肩圆角半径,轴承端面要可靠紧贴定位表面，轴肩圆角半径必须小于轴承的圆角半径,误,轴肩圆角半径必须小于轴承的圆角半径,正,轴肩圆角半径小于轴承的圆角半径，使定位稳定,正,加入的装置使定位稳定，拆卸方便,正,3、一对角接触轴承的组合,较差,此为正安装方案，其支承的刚性较小，对轴的弯曲力矩的抵抗能力较低，不适合此受力在悬伸端的情况,此为反安装方案，支承有较高的刚性和对轴的弯曲力矩具有较高的抵抗能力，因此适应此受力在悬伸端的情况,较好,此为正安装方案，其支承的刚性较小，对轴的弯曲力矩的抵抗能力较低，适应此受力在两轴承间的情况,较好,此为反安装方案，支承有较高的刚性和对轴的弯曲力矩具有较高的抵抗能力，因此不适合此受力在两轴承间的情况,较差,动画,4、角接触轴承同向串联组合,当需要承受一个方向的极高轴向载荷时，用此方案,同向串联,需要承受两个方向的轴向载荷时，一个极高和一个有一定载荷，或异常高载荷时用此方案,串联反安装,5、角接触轴承不应与非调整间隙轴承成对组合,此组合会迫使球轴承也形成角接触状态，加速球轴承磨损，降低寿命,误,正,此组合调整轴承内部间隙，以获得最好的支承刚性和旋转精度,此组合会迫使球轴承也形成角接触状态，加速球轴承磨损，降低寿命,误,此组合调整轴承内部间隙，以获得最好的支承刚性和旋转精度,正,6、轴承组合要有利于载荷均匀分担,同一支承处用了可调和不可调间隙的两种轴承，因此会由于径向间隙过大，而造成没有受到径向载荷的作用,误,同一支承处均用了可调间隙的一种轴承，而将不可调间隙的轴承安置在另一个支承上，是合理的结构,正,由两类轴承分别承担轴向和径向载荷，角接触球轴承只承担轴向载荷，另一个轴承承担径向载荷,角接触球轴承不受径向力的结构,动画,由两类轴承分别承担轴向和径向载荷，深沟球轴承只承担轴向载荷，圆柱滚子轴承承担径向载荷,向心球轴承只受轴向力的结构,7、保证由于温度变化时轴的膨胀或收缩的需要,两端都固定且顶住轴承，由于热膨胀或冷收缩，会产生较大的附加轴向力，使轴承提前损坏,误,两端中一端都固定且顶住轴承，另一端和轴承间留出空隙，这样为热膨胀或冷收缩留出余量（轴的跨距=400mm时0.250.4mm)，保护轴承,正,动画,对轴较长或工作温度较高的，采用一端固定，一端游动的形式，这样为热膨胀或冷收缩留出伸缩空间，保护轴承,游动端,正,动画,8、考虑内外圈的温度变化和热膨胀时圆锥滚子轴承的组合,轴的轴向和颈向膨胀大于机座孔，在正安装结构中就减小了预先调整好的间隙,正安装的锥尖R位置,在反安装结构中如两个外滚道锥尖R重合，则轴向和颈向膨胀得到平衡而使预先调整的间隙保持不变,反安装的锥尖R位置,在反安装结构中如两个外滚道锥尖R交错，则颈向比轴向膨胀的影响大而使预先调整的间隙变小,在反安装结构中如两个外滚道锥尖R不相交，则颈向比轴向膨胀的影响小，而使预先调整的间隙会变大,反安装的锥尖R位置,反安装的锥尖R位置,9、要求轴向定位精度高的轴宜使用可调轴向间隙的轴承,此轴轴向定位精度要求高，此种结构后端轴承为可调间隙轴承，而同时后端也是游动的,较差,游动端,动画,此轴轴向定位精度要求高，此种结构前端轴承为可调间隙轴承，而同时后端是游动端，此方案对轴的定位精度影响小，轴向刚度高,较好,动画,10、游轮、中间轮不宜用一个滚动轴承支承,滚动轴承为承载零件，会造成零件歪斜，形成角接触，使轴承过早失效,滚动轴承为承载零件，应采用两个滚动轴承支承,误,正,此为悬臂装置，滚动轴承为承载零件，会造成零件歪斜，形成角接触，使轴承过早失效,采用两个滚动轴承支承，能保护轴承,误,正,11、在两机座孔不同心或在受载后轴线发生挠曲变形条件下使用的轴上要选择具有调心性能的轴承,轴上使用调心轴承，在多支点轴承的轴承座间偏心过大,误,轴上使用调心轴承，减小当两机座孔不同心或轴挠曲变形较大时，对轴承的损坏。多支点轴承的轴承座孔间偏心只允许有23,正,12、设计等径轴的多支点轴承时要考虑中间轴承安装的困难,滚动轴承的尺寸是标准的，在长轴上安装是非常困难的,误,滚动轴承的尺寸是标准的，在长轴上安装是非常困难的，因此用装有锥形紧定套的轴承，以克服此问题。,正,动画,13、不适用于高速旋转的滚动轴承,滚针轴承是直径小的长圆柱滚子，因而限制了极限转速,调心滚子轴承结构复杂，精度不高，接触区的滑动较大,圆锥滚子轴承，端面和内圈挡边间呈滑动接触状态，因离心力要施加充足的润滑油比较困难,推力球轴承在高速时，摩擦和发热比较严重,推力滚子轴承外尾端会出现滑动，滚子愈长滑动愈烈,14、要求支承刚性高的轴宜使用刚性高的轴承,刚性高的轴承,滚针轴承刚性特别高,滚子轴承比球轴承的刚性高，尤其是双列的滚子轴承,刚性高的轴承,圆柱轴承刚性也很高,圆锥轴承刚性也很高,15、滚动轴承不宜和滑动轴承联合使用,滑动轴承的径向间隙和磨损比滚动轴承大许多，会使滚动轴承过载和歪斜，而滑动轴承又负载不足,只使用滚动轴承,误,正,载荷不足,过载歪斜,过载歪斜,滑动轴承的径向间隙和磨损比滚动轴承大许多，会使滚动轴承过载和歪斜，而滑动轴承又负载不足,滚动轴承和滑动轴承一起用时，两轴承尽可能远一些，直径尽量小或用调心轴承,误,正,载荷不足,过载歪斜,16、用润滑脂的滚子轴承和防尘、密封轴承容易发热,搅动润滑脂阻力大，连续高速易发热,密封、防尘产生密闭空间，连续高速情况下必然发热,密封、防尘产生密闭空间，连续高速情况下必然发热,17、避免填入过量的润滑脂，不要形成润滑脂流动尽头,加入的润滑脂太多，由于搅拌发热使脂变质恶化或软化而丧失作用,润滑脂填入量以占其空间容积1/21/3为佳,低速、轻载或间歇工作场合，一次性加入，无需补充或更换新脂,误,正,有润滑脂的输入口，而没有排出口，无法补充新脂，旧脂恶化变质,有润滑脂的输入口，也有排出口，补充新脂时打开放油塞，更换脂,误,正,在较高速度和载荷下，脂要能进行更新补充,动画,动画,18、用润滑脂的角接触轴承安装在立轴上时，要防止发生脂从下部脱离轴承,误,正,由于离心力和重力的作用会发生脂从下部脱落轴承的危险,19、用脂润滑时要避免油、脂混合,如油与脂混合，脂会被冲刷、溶化、或变质，导致轴承润滑失效。应在轴承靠油池一侧加置挡油圈，其外径与轴承孔的间隙0.20.3mm,挡油圈,20、油润滑时应注意的问题,油浴润滑的浸油不宜超过轴承最低滚动体中心,油平面,油,进行飞溅润滑时，为防止过量的油和磨屑、异物进入轴承，在轴承一侧装挡油板,挡油板,高速重载下，要用循环润滑，进油口和排油口要在轴承两侧，且排油口一定比进油口大,进油口,排油口,溅油集油槽,保持架较小直径一侧输入油，离心力驱动油通过轴承，轴承在起动期间保持少量油,21、轴承箱体形状和刚性的影响,箱体支承部位靠近一侧，壁厚较薄的部分易变形,箱体支承部位在中部的结构好,误,正,动画,箱体是刚性的，各滚体之间受力极不均匀,采用具有一定柔性的箱体结构，改善各滚体之间受力分布,较差,较好,22、轴承座受力方向宜指向支承底面,安装于机座上的轴承座有两种情况,较差,轴承受力方向未指向与机座联接的结合面，使轴承座支承的强度和刚性大大减弱，当出现损坏时会飞出,较差,较好,较好,轴承受力方向应指向与机座联接的结合面，使支承牢固可靠。,23、机座上安装轴承的各孔应力求简化镗孔,同一根轴的轴承孔直径最好相同，此不同的情况最好不用此结构,同一根轴的轴承孔直径最好相同，此不同的情况应用衬套的结构，便于一次镗出,较差,较好,机座孔中有止推凸肩，会增加成本，降低加工精度,机座孔中有止推凸肩，会降低加工精度，要用带有止推凸肩的套筒代替,较差,较好,24、对于内外圈不可分离的轴承在机座孔中的装拆应方便,此结构在安装时要保持两个轴承同时装入机座孔中，十分不方便,较差,动画,此结构在安装时两个轴承依次装入机座孔中，比较合理、方便,较好,动画,25、不宜采用轴向紧固的方法来防止轴承配合表面的蠕动,轴和内圈发生蠕动，急剧磨损，引起发热，配合面间还可能引起相对滑动，使温度急剧升高，最高导致烧伤,避免发生蠕动现象的唯一方法是采用过盈配合。,过盈配合,正,误,26、当轴的轴向位置由其他零部件限定时，轴的两个支承不应限制轴的轴向位移,动画,为了补偿制造、安装误差、消除齿面磨损不均匀，轴能在两个方向自由的轴向移动，起到自动调位作用,两端游动轴系结构,27、径向调心轴承和推力调心轴承组合时，两调心运动中心忌不重合,此结构未使两轴承的调心运动中心重合，运动时会相互干涉，轴承易损坏,此结构使两轴承的调心运动中心重合，从而达到调心的目的,误,正,