轴承基础知识(往期文章《轴承组合设计》):
1)考虑到轴工作时因受热而伸长,在轴承盖与外圈端面之间应留出0.25~0.4mm热补偿间隙(该间隙很小,结构图上不必画出。)
轴承配合种类的选取,应根据轴承的类型和尺寸,载荷的大小、方向和性质,转速的高低,工作温度的变化和拆装条件等来决定。
一般原则是:回转套圈应选较紧配合,不回转套圈应选较松配合;载荷大、振动大、转速高或工作温度高等情况下应选紧一些的配合;需经常拆卸或游动套圈则应采用较松的配合。与较高公差等级轴承配合的轴与孔,对其加工精度、表面结构中的粗糙度及形位公差都有相应的较高要求,可查阅有关的标准和手册。轴承内圈与轴的配合,常采用的公差代号为n6、m6、k6、js6等。轴承外圈与轴承座孔的配合,常采用的公差代号为K6、J7、H7、G7等。
套圈配合的分类:
滑动配合: f6、g6和G7、H8、H7;
定位配合:h6、js6和J7、K7;
压入配合:k6、m6、n6、r6和M7、N7。
直线轴承的配合选择:
闭型和调整型直线运动球轴承,与导轨轴和轴承座孔的配合可参考下表选择:
与轴和轴承座孔的配合
直线运动球轴承
轴
轴承座孔
类型
公差等级
一级间隙
小间隙
间隙配合
过渡配合
闭型
L9、L7
f6、g6
h6
H7
J7
L6
f5、g5
h5
H6
J6
调整型
一
h6
j6
H7
J7
2)滑动轴承:
滑动轴承,瓦背强度高,轴承衬减摩性好。轴承衬厚度通常由十分之几毫米到6毫米,直径大的取大值。
轴瓦与轴承座一般采用过盈配合。为连接可靠,可在配合表面的端部用紧定螺钉固定。轴瓦外径与内径之比一般取值为1.15~1.2。
剖分式轴瓦,轴瓦厚度为b,轴颈直径为d,一般取b/d>0.05。
3、联轴器轴孔与轴伸的配合:
直径d/mm
6~30
>30~50
>50
配合代号
H7/j6
H7/k6
H7/m6
根据使用要求也可选用H7/r6或H7/n6配合
4、键对轴强度的影响极其处理方式
考虑平键槽轴径的增大值
轴径d/mm
~30
30~100
>100
增大值/%
1个键槽
7
5
3
2个键槽
15
10
7
注:两个键槽相隔180°布置(即:上下对称布置)。(在强度校核时,考虑到载荷分布的不均匀性,可按1.5个键计算。)
5、常用材料的性能:
(1)蜗杆材料及工艺要求:
蜗杆材料
热处理
硬度
表面粗糙度/μm
40Cr、40CrNi、42SiMn、35CrMo
表面淬火
(40~55)HRC
1.6~0.08
20Cr、20CrMoTi、12CrNi3A
表面渗碳搓火
(58~63)HRC
1.6~0.08
45、40Cr、42CrMo、35SiMn
调质
<350HBW
6.3~3.2
38CrMoAlA、50CrV、35CrMo
表面渗碳
(60~70)HRC
3.2~1.6
(2)轴的常用材料及其主要力学性能
材料及热处理
毛坯直径/mm
硬度/HBW
强度极限σb
屈服极限σs
弯曲疲劳极限σ-1
应用说明
/MPa
Q235
≤100
400~420
225
170
用于不重要或载荷不大的轴
100~250
375~390
215
35正火
≤100
149~187
520
270
250
塑性好,强度适中,可做一般曲轴、转轴等。
45正火
≤100
170~217
590
295
255
用于较重要的轴,应用最为广泛
45调质
≤200
217~255
640
355
275
40Cr调质
25
1000
800
500
用于载荷较大,而无大冲击的重要的轴
≤100
214~286
735
540
355
100~300
685
490
355
40MnB调质
25
1000
800
485
性能接近于40Cr,用于重要的轴
≤200
241~286
750
500
335
35CrMo调质
≤100
207~269
750
550
390
用于重载荷的轴
20Cr渗碳淬火回火
15
表面(56~62)HRC
640
390
305
用于要求强度、韧性及耐磨性均较高的轴
≤60
QT400-15
一
(156~197)HRC
400
300
145
结构复杂的轴
QT600-3
一
(197~269)HRC
600
420
215
结构复杂的轴
(3)轴的许用牛应力τp(MPa)
轴材料
Q235、20
Q255、35
45
40Cr、35SiMn、42SiMn、38SiMnMo、20CrMnTi、2Cr13
τp/MPa
12~20
20~30
30~40
40~52
6、设计需要调节的的零部件,如果需要同时调节,最好把它们连接在一起,避免多个单独调节。
7、将易损件从大件中分离,避免破坏后整体更换,易损件更换要尽量简单,方便。
8、轴承外购选型下单一般写上:型号(内孔-外径-厚度)还有精度;
9、尼龙有一定弹性,弹性模量比金属低很多,可缓和冲击。尼龙耐磨性好,摩擦系数小,有自润滑作用,但对温度较敏感,故使用温度限制在-20~+70℃的范围内。
10、直线导轨的摩擦系数,一般取0.08
11、经车削、铣削后的表面如需用磨削来进一步提高精度和表面质量,一般应留出0.3~0.5mm的磨削余量。
12、设计时考虑材料的尺寸,尽量做好不良费材料。平时注意收集材料的型号规格。例如:有机玻璃板料尺寸一般为1220x2440;铁板尺寸常见有1000x2000;1200x2000;1250x2500等;铝管长度为2500;铝型材长度为6000等。
13、工程项目资料管理:
一般工程文件管理:
1)BOM及表格文件;
2)标准件;
3)工装夹具;
4)项目资料/技术文件(协议);
5)零件及工程图纸;
6)图纸归档(CAD&pdf);
7)操作说明及维修手册。
14、工程图纸管理:
图纸的继承性(传承性);
图纸的升级和更正,就是技术的积累,就是公司的物性资产,这是非常必要做的。小处修改(例如个别公差、表面粗糙度等)可以在图上做标记,并在标题栏注明修改处数及修改内容,大改就关系到图纸的升版了。
15、图纸编码的一般思路:(仅供参考)
机型号(公司名称缩写、系列机型名称(特征数字加系列字母))一字母(部装号,一个大写字母)一数字(小一级部装号,可用两位数字表示)一零件序号(01.02….n)及版本号(两位数字加一位大写字母(注:字母用于图纸变更较大的场合,否则不加字母。小处修改,如:个别尺寸、公差等级的变更,直接在图纸上作记号,并在图纸标题栏处写下标记符号、内容及处数))
做到图号的唯一性(最简单粗暴,图号用日期命名后续加-01~-nn序号排序),名称的统一性(系列机型相同部位尽量用相同的名称,方便装配和内部培训)。
16、设计构思思路:
1)罗列设计需实现的功能和要求;
2)罗列能实现该功能的n种方法(此过程最见设计功力);
3)拟定框架限制条件:如空间限制、成本限制、载荷限制、现有加工能力限制以及原材料的来源限制等等),并分析剔除不可行方案(方法);
4)深入分析剩下的方案,权衡利弊,得出最终解决方案。
即:
(1)确定这些分功能,即工艺动作的运动规律,不同的运动规律匹配不同的机构;
(2)同一种运动规律,可用(选用或创造)不同的机构型式来实现;
(3)同一种功能,可选用不同的工作原理,不同的机构来满足功能要求;
(4)同一种工作原理,可选用、创造不同的机构及其组合来实现。
例如:运动的转换、放大、变向三个功能,每个功能都可用推拉传动原理、摩擦传动原理,流体传动原理来实现。可分别采用不同机构,如凸轮机构、齿轮机构、带传动机构,气动液压机构来满足功能要求。
17、机构构思选型要点:
1、要仔细分析透工艺动作的要求;
2、要熟悉各种基本机构及其演绎、组合,了解其运动特性,会灵活选用机构设计手册或其他机构专著中各种形式的机构;
3、要多积累机构选型方面的知识,具有较丰富的时间经验,如选用到不合适的机构形式时,还要会创造性地构思出合适的机构形式,以满足运动要求。
18、常见功能实现形式小总结(+《机械设计常识(二)》第22、23条):
1)转动变双向摆动:
曲柄摇杆机构,摆动从动件凸轮机构,曲柄 摇杆该机构,电风扇摇头机构,摆动导杆机构,曲柄六连杆机构。
2)转动变单向间歇转动:
槽轮机构,平面凸轮间歇机构,不完全齿轮机构,圆柱凸轮分度机构,针轮间歇转动机构,蜗杆凸轮分度机构,偏心轮分度定位机构,内啮合星轮间歇机构。
3)转动变单侧间歇摆动:
摆动从动件凸轮机构,连杆曲线间歇摆动机构,曲线槽导杆机构。
4)转动变双侧间歇摆动:
六连杆机构两极限位置停歇摆动机构,四连杆扇形齿轮双侧停歇摆动机构。
5)转动变实现预定轨迹:
曲柄滑块的连杆直线机构,连杆凸轮组合机构,行星轮直线机构,联动凸轮机构,起重机近似直线机构,铰链六杆椭圆轨迹机构,曲柄凸轮式直线机构,行星轮摆线正多边形轨迹机构。
6)摆动变单向间歇转动:
棘轮机构、摩擦钢球超越单向机构。
7)转动变单向直线移动:
齿轮齿条机构,螺旋机构,带传动机构,链传动机构。
8)转动变双向直线移动:
曲柄滑块机构,六连杆滑块机构,移动从动件凸轮机构,不完全齿轮齿条机构,连杆凸轮组合机构,正弦机构。
9)转动变单侧间歇移动:
连杆单侧停歇曲线槽轮导杆机构,移动凸轮间歇移动机构,行星轮内摆线间歇移动机构。
10)转动变双侧间歇移动:
不完全齿轮齿条往复移动间歇机构(用于印刷机),不完全齿轮移动导杆间歇机构,移动从动件凸轮机构,八连杆滑块上下端停歇机构,(用于喷气织机开口机构)。
(1)匀速转动机构:
摩擦传动机构、齿轮轮系传动机构、平行四杆机构、转动导杆机构。
(2)非匀速转动机构:
非圆齿轮机构、双曲柄四杆机构、转动导杆机构、组合机构。
(3)往复运动机构:
曲柄-摇杆往复运动机构、双摇杆往复运动机构、滑块往复移动机构、凸轮式往复运动机构、齿轮式往复运动机构。
(4)间歇运动机构:
间歇转动机构(棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮等)、间歇摆动机构(一般利用连杆曲线上近似圆弧或直线段)、间歇移动机构(凸轮机构、行星轮机构等)。
(5)差动机构:
差动螺旋机构、差动棘轮机构、差动齿轮机构、差动连杆机构、差动滑轮机构。
(6)实现预期轨迹的机构:
直线机构(连杆机构、行星齿轮机构等)、特殊曲线绘制机构(椭圆、抛物线、双曲线等)、工艺轨迹机构(连杆机构、凸轮机构、轮一连杆机构等)。
(7)增力及夹持机构:
斜面杠杆机构、铰链杠杆机构、肘杆式机构。
(8)可调行程机构:
棘轮调节机构、偏心调节机构、螺旋调节机构、摇杆调节机构。