滾動(dòng)軸承分析

前言

球軸承和滾子軸承統(tǒng)稱為滾動(dòng)軸承，它們通常用于機(jī)械部件中，在諸如自行車、旱冰鞋和電動(dòng)機(jī)等簡單的商業(yè)器械中，被用來承受軸的運(yùn)動(dòng)或是繞軸運(yùn)動(dòng)。它們還用于復(fù)雜的機(jī)械，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、軋機(jī)、牙鉆、陀螺儀和動(dòng)力傳輸裝置等。大約在1940年之前，滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)和應(yīng)用更多側(cè)重于工藝而不是科學(xué)。1945年以后，以第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束和開創(chuàng)原子時(shí)代為標(biāo)志，科學(xué)的進(jìn)步正以爆炸式的方式發(fā)生。1958年標(biāo)志著太空遨游時(shí)代的開始，此后工程裝備對滾動(dòng)軸承的需求與日俱增。為了確定滾動(dòng)軸承在現(xiàn)代工程應(yīng)用中的有效性，就必須對這些軸承在不同的而且往往是極其苛刻的工作條件Fvj行為有深刻的理解。在軸承制造商的產(chǎn)品樣本中介紹了關(guān)于滾動(dòng)軸承性能的大量信息和數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)大部分帶有經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，它們來源于大軸承制造公司，或者更多是較小軸承公司的產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)以及各種標(biāo)準(zhǔn)出版物上的信息，例如，美國國家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ANSI）、德國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（DIN）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）等等。這些數(shù)據(jù)僅適用于中低轉(zhuǎn)速、簡單栽荷和正常的工作溫度等這樣的應(yīng)用條件。當(dāng)超過這些應(yīng)用范圍時(shí)，為了評估軸承的性能，就必須回到滾動(dòng)軸承中發(fā)生的集中接觸下的滾動(dòng)和滑動(dòng)等基本問題上來。A.Palmgren曾經(jīng)擔(dān)任SKF公司航空部技術(shù)主任多年，他的《球和滾子軸承工程》是關(guān)于滾動(dòng)軸承最早的著作之一。該書比早先的其他著作更完整地解釋了滾動(dòng)軸承疲勞壽命的概念。瑞典哥得堡查默斯技術(shù)學(xué)院的機(jī)械工程教授Palmgren和G.Lundberg提出了計(jì)算滾動(dòng)軸承疲勞壽命的理論和公式，它們構(gòu)成了現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。另外，A.B.Jones的著作《應(yīng)力和變形分析》對靜載荷作用下的球軸承給出了很好的分析。Jones曾在很多技術(shù)部門任過職，比如通用汽車公司新成立的球軸承事業(yè)部、馬林一洛克威爾公司和法夫利爾球軸承公司等，他還擔(dān)任過咨詢工程師，并且是第一批使用數(shù)值計(jì)算機(jī)來分析球和滾子軸承以及軸-軸承-軸承座系統(tǒng)性能的人之一。其他關(guān)于滾動(dòng)軸承的早期文獻(xiàn)大部分是使用方法的經(jīng)驗(yàn)介紹。

內(nèi)容概要

滾動(dòng)軸承分析(第五版)分為兩卷。本卷為基本概念卷，內(nèi)容共14章，包括滾動(dòng)軸承的類型、宏觀幾何學(xué)、配合與游隙、載荷與速度、應(yīng)力與變形、位移與預(yù)載荷、摩擦力矩、疲勞壽命、潤滑、材料、振動(dòng)與噪聲及工況監(jiān)測等。    本書可供工程技術(shù)人員、設(shè)計(jì)與研究人員、大專院校師生閱讀。

作者簡介

作者：(美國)哈里斯(Tedric A.Harris) (美國)Michael N.Kotzalas 譯者：羅繼偉 馬偉 等哈里斯(Tedric A.Harris)，畢業(yè)于賓夕法尼亞州立大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，1953年獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1954年獲理學(xué)碩士學(xué)位，畢業(yè)之后進(jìn)入聯(lián)合飛機(jī)公司漢彌爾頓標(biāo)準(zhǔn)部擔(dān)任實(shí)驗(yàn)開發(fā)工程師。后來進(jìn)入威斯丁豪斯電子公司貝迪原子能實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任分析設(shè)計(jì)工程師。1960年加入位于賓夕法尼亞州費(fèi)城的SKF工業(yè)公司，擔(dān)任主管工程師。在SKF期間，在幾個(gè)關(guān)鍵的管理崗位上任過職：分析服務(wù)經(jīng)理；公用數(shù)據(jù)系統(tǒng)主任、特種軸承部總經(jīng)理、產(chǎn)品技術(shù)與質(zhì)量副總裁、SKF摩擦學(xué)網(wǎng)站總裁、MRC軸承（全美）工程與研究副總裁、位于瑞典哥得堡SKF總部的集團(tuán)信息系統(tǒng)主任以及位于荷蘭的工程與研究中心執(zhí)行主任等。1991年從SKF退休后被聘為賓夕法尼亞州立大學(xué)機(jī)械工程教授，在大學(xué)里講授機(jī)械設(shè)計(jì)與摩擦學(xué)課程并從事滾動(dòng)接觸摩擦學(xué)領(lǐng)域的研究，直到2001年再次退休。近年來，還擔(dān)任工程應(yīng)用顧問和機(jī)械工程兼職教授，在大學(xué)的繼續(xù)教育活動(dòng)中為工程師們講授軸承技術(shù)課程。發(fā)表過67部技術(shù)著作，其中大部分是關(guān)于滾動(dòng)軸承的。1965年和1968年，獲得了摩擦與潤滑工程師協(xié)會(huì)的杰出技術(shù)論文獎(jiǎng)，2001年獲得美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）摩擦學(xué)分會(huì)杰出技術(shù)論文獎(jiǎng)，2002年又獲得ASME的杰出研究獎(jiǎng)。積極參與許多技術(shù)組織的活動(dòng)，包括抗摩軸承制造商協(xié)會(huì)（即現(xiàn)在的ABMA），ASME摩擦學(xué)分會(huì)和ASME潤滑研究委員會(huì)，1973年被選為ASME的資深會(huì)員，還擔(dān)任過ASME摩擦學(xué)分會(huì)以及摩擦學(xué)分會(huì)提名和監(jiān)督委員會(huì)的主席，擁有三項(xiàng)美國專利。Michael N.Kotzalas，畢業(yè)于賓夕法尼亞州立大學(xué)，1994年獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1997年獲理學(xué)碩士學(xué)位，1999年獲得哲學(xué)博士學(xué)位，三個(gè)學(xué)位都是機(jī)械工程專業(yè)。這期間，學(xué)習(xí)和研究的重點(diǎn)是滾動(dòng)軸承性能分析，包括高加速度條件下球和圓柱滾子軸承的動(dòng)力學(xué)模擬以及保養(yǎng)條件下軸承的剝落過程實(shí)驗(yàn)與模擬算法。畢業(yè)后進(jìn)入Timken公司從事研究與開發(fā)，最近在工業(yè)軸承部門工作，現(xiàn)在負(fù)責(zé)為工業(yè)軸承客戶提供先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面的支持，更重要的是從事新產(chǎn)品和分析算法開發(fā)。在寫這本書的同時(shí)，獲得了兩項(xiàng)圓柱滾子軸承設(shè)計(jì)專利。工作之外，還參與工業(yè)協(xié)會(huì)的活動(dòng)，作為美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（AsME）會(huì)員，現(xiàn)在擔(dān)任出版委員會(huì)主席，滾動(dòng)軸承技術(shù)委員會(huì)委員，同時(shí)擔(dān)任摩擦與潤滑工程師協(xié)會(huì)（sTLE）獎(jiǎng)勵(lì)委員會(huì)委員。已在專業(yè)權(quán)威雜志和一次會(huì)議論文集中發(fā)表過10篇論文，為此，2001年獲得AsME摩擦學(xué)分會(huì)最佳論文獎(jiǎng)；2003年和2006年獲得STLE的霍德森獎(jiǎng)。此外，還參與美國軸承制造商協(xié)會(huì)（ABMA）的工作，也是短期講座“軸承技術(shù)的高等概念”的講課教師之一。

書籍目錄

譯叢序言前言作者簡介譯者序第1章　滾動(dòng)軸承類型及應(yīng)用  1.1　滾動(dòng)軸承簡介  1.2　球軸承  1.2.1　深溝球軸承  1.2.2　角接觸球軸承  1.2.3　推力球軸承  1.3　滾子軸承    1.3.1　概述    1.3.2　向心滾子軸承    1.3.3　圓錐滾子軸承    1.3.4　調(diào)心滾子軸承    1.3.5　推力滾子軸承  1.4　直線運(yùn)動(dòng)軸承  1.5　特殊用途軸承    1.5.1　汽車輪轂軸承    1.5.2　凸輪隨動(dòng)軸承    1.5.3　航空蝸輪機(jī)及動(dòng)力傳輸用軸承  1.6　結(jié)束語    參考文獻(xiàn)第2章　滾動(dòng)軸承宏觀幾何學(xué)  符號表  2.1　概述  2.2　球軸承    2.2.1　吻合度    2.2.2　接觸角和軸向游隙    2.2.3　自由偏轉(zhuǎn)角    2.2.4　曲率與相對曲率  2.3　球面滾子軸承    2.3.1　節(jié)圓直徑和游隙    2.3.2　接觸角和軸向游隙　……第3章　過盈配合與游隙第4章　軸承載荷與速度第5章  軸承作用載荷引起的球和滾子載荷第6章　接觸應(yīng)力與變形第7章　靜載荷作用下軸承內(nèi)部載荷分布第8章　軸承位移與預(yù)載荷第9章　永久變形與軸承額定靜載荷第11章　疲勞壽命：基本理論和額定標(biāo)準(zhǔn)第12章　潤滑劑和潤滑技術(shù)第13章　軸承結(jié)構(gòu)材料第14章　振動(dòng)、噪聲與工況監(jiān)測附錄　部分軸承鋼號對照表

章節(jié)摘錄

插圖：本書主要關(guān)注的是能在兩個(gè)機(jī)械元件之間作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)形式的球和滾子軸承。這類軸承一般都包括一組球或滾子，用來保持軸和通常是固定的支承結(jié)構(gòu)（一般稱之為軸承座）之間的徑向和軸向間隔關(guān)系。通常，一套軸承是一個(gè)組件，包括兩個(gè)鋼制套圈，每個(gè)套圈上都有一個(gè)淬硬的滾道，經(jīng)過硬化處理的鋼球或滾子就在上面滾動(dòng)。球或滾子統(tǒng)稱為滾動(dòng)體，它們通常由一個(gè)早已被達(dá)芬奇說明其功能的有等角間距的支架來隔開。這個(gè)支架叫做分離器或保持器。滾動(dòng)軸承一般是用淬火硬度很高，至少表面硬度很高的鋼材來制造。軸承工業(yè)普遍采用含有適量鉻元素并易于淬透的AISI 52100鋼，大部分軸承零件淬火硬度達(dá)到61～65HRC。一些制造商也用這種鋼材制造滾子軸承。由于微型軸承多用于靈敏度要求高的儀器中，如陀螺儀等，一般的制造商習(xí)慣采用AISI 440C之類的不銹鋼來制作軸承零件。滾子軸承制造商傾向于采用經(jīng)過表面硬化的鋼材如AISI 3310、4118、4620、8620和9310等來制作滾子和套圈。對一些特殊用途，如汽車輪轂軸承，滾動(dòng)軸承零件一般由感應(yīng)淬火鋼制作。在所有情況下，至少在滾動(dòng)部件的表面要有很高的硬度。在一些高速應(yīng)用中，為減小球或滾子的慣性載荷，這些零件要用輕質(zhì)、高抗壓強(qiáng)度的陶瓷材料如氮化硅制造。另外，在超高溫下以及在干膜或貧油潤滑應(yīng)用中，陶瓷滾動(dòng)部件比鋼材擁有更長的壽命。與球和套圈的材料相比，保持架所用的材料一般要求要相對軟一些，它們還必須要有良好的強(qiáng)度.質(zhì)量比。因此，具有不同物理性能的材料，如低碳鋼、黃銅、青銅、鋁、聚酰胺（尼龍）、聚四氟乙烯（特氟龍或PTFE）、玻璃纖維、碳纖維增強(qiáng)塑料，都可用來作為保持架材料。在當(dāng)今的深空探測和網(wǎng)絡(luò)空間時(shí)代，許多不同類型的軸承已經(jīng)開始得到應(yīng)用，例如空氣軸承、箔片軸承、磁力軸承和流體靜壓軸承等等，這些軸承分別適用于某些特定的應(yīng)用場合。例如，在空間尺寸足夠、壓力流體供應(yīng)充足而在重載下又要求有極高的剛性時(shí)，應(yīng)采用流體靜壓軸承。又如在高速、輕載、低摩擦和存在氣源的應(yīng)用條件下，可以采用自壓式空氣軸承。但是，對滾動(dòng)軸承的應(yīng)用范圍并沒有太多的限制。

編輯推薦

《滾動(dòng)軸承分析:軸承技術(shù)的基本概念(原書第5版)(第1卷)》：過去的四十年，對從事滾動(dòng)軸承技術(shù)的工程師來說，T.Harris的“滾動(dòng)軸承分析”已經(jīng)成為一本“圣經(jīng)”。為什么會(huì)有如此多的學(xué)生和從業(yè)工程師依賴這《滾動(dòng)軸承分析:軸承技術(shù)的基本概念(原書第5版)(第1卷)》？答案很簡單，因?yàn)樵摃w了從低速到高速的所有應(yīng)用范圍，而且所有相關(guān)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)都出自該領(lǐng)域的權(quán)威。這本經(jīng)典參考書的第5版被有意分為兩卷，每一卷都關(guān)注軸承技術(shù)的一個(gè)特定的范圍。這種安排允許讀者選擇最適合自己的內(nèi)容來學(xué)習(xí)。兩卷本的第一卷——《軸承技術(shù)的基本概念》旨在對涉及滾動(dòng)軸承應(yīng)用、設(shè)計(jì)和性能的基本原理建立一個(gè)初步的理解。它獨(dú)立地引導(dǎo)讀者去了解一系列相關(guān)的學(xué)科，而這些學(xué)科對于評估和理解大多數(shù)類型滾動(dòng)軸承的性能和行為是必不可少的。作者對制造商樣本中的一些數(shù)據(jù)給出了數(shù)學(xué)和理論的推導(dǎo)，并從不同類型的軸承開始，逐一介紹了軸承的幾何關(guān)系、作用載荷、內(nèi)部載荷分布、變形、基本性能和結(jié)構(gòu)材料等內(nèi)容。《滾動(dòng)軸承分析:軸承技術(shù)的基本概念(原書第5版)(第1卷)》介紹的滾動(dòng)軸承技術(shù)的基本知識(shí)包括：·對滾動(dòng)軸承性能的基本概念提供了深入的綜述。·揭示了制造商樣本數(shù)據(jù)背后的原理，提供了更多的信息選擇?！楦钊说匮芯吭趶?fù)雜應(yīng)用條件下軸承的性能和壽命構(gòu)筑了穩(wěn)固的基礎(chǔ)?！ぐ舜罅康睦}和來源于ABMA／ANSI標(biāo)準(zhǔn)的許多數(shù)據(jù)表格。在評估和比較由不同制造商提供的不同類型的軸承在普通應(yīng)用中的性能時(shí)，如果需要比經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)更多的知識(shí)，則《軸承技術(shù)的基本概念》對于學(xué)生以及從事實(shí)際工作的專業(yè)人士來說都是一本理想的參考書。

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