第六章軸承及連接裝置 學習目標 1. 瞭解軸承的種類及功用 2. 瞭解軸承的潤滑, 並應用於日常生活中 3. 瞭解滾動軸承的規格及應用 4. 瞭解聯結器的種類及功用 5. 瞭解離合器的種類及功用 6. 分辨聯結器及離合器, 並能正確的選用
6-1 軸承的種類 軸承 (Bearing) 為機械中之固定機件 主要功用是用來支持 引導並限制其他機件 ( 軸 ) 的運動 軸承除了以上功用外, 尚有減少磨擦損失 增加傳動效率之功能 軸在軸承內的運動可分為旋轉 平移及兩者兼有之運動 軸承的種類依軸承受力方向可分為徑向軸承 止推 ( 軸向 ) 軸承 依軸與軸承間之接觸方式可分為滑動軸承與滾動軸承兩大類
6-1-1 1 滑動軸承 (sliding bearing) 軸與軸承間係以面接觸者, 稱為滑動軸承 因為是面接觸, 故可以承受較大的外力 耐震 構造簡單而被廣泛使用 例如挖土機怪手之活動關節 滑動軸承根據受力方向可分為三種, 分述如下 : 一 徑向滑動軸承 (radial sliding bearing) 二 滑動止推軸承 (sliding thrust bearing) 三 特殊滑動軸承
一 徑向滑動軸承 徑向滑動軸承之受力方向為垂直於中心軸線, 依形式分為三種 : 1. 整體軸承 (solid bearing) 2. 對合軸承 (split bearing) 3. 四分套軸承 (quarter box bearing)
1. 整體軸承 如圖 6-1 所示 整體軸承為最簡單的軸承, 是由一整塊的金屬件 ( 如鑄鐵 ) 穿孔而成 為了減少軸頸與軸承間的磨耗, 使用時除了結加潤滑裝置外, 常在軸頸與軸承間加襯套, 以延長使用壽命 動畫 6-1-1 圖 6-1 整體軸承 動畫 6-1-2
2. 對合軸承 (split bearing) 如圖 6-2 所示為對合軸承 是把軸承剖分成上下兩部, 上半部稱為軸承蓋 (bearing cap), 下半部稱為軸承座 (bearing saddle) 上下兩部接合處墊以墊片, 便於軸承磨耗後調整軸頸與軸承間之鬆緊度 此種軸承安裝及拆卸都很方便, 而且價格較低廉, 機械上應用很廣泛 例如各類內燃機曲柄軸之軸承 動畫 6-2-1 圖 6-2 對合軸承 動畫 6-2-2 2
3. 四分套軸承 如圖 6-3 所示又稱四部軸承 軸承是由上下左右四部分合成, 可以分別調整, 以確保軸與軸承之間的鬆緊度 此種軸承應用於大型汽車 發電機 電動機等之主軸承 電動機等之主軸承 圖 6-3 四分套軸承
滑動軸承的材料 滑動軸承的材料大多為鑄鐵及鑄鋼 因質地硬, 易造成軸頸磨損, 故通常在軸與軸承之間加一襯套 (bushing), 如圖 (6-4) 所示, 此種襯套的材料一般以青銅 白合金及巴比特合金 (babbitt metal) 為主 圖 6-4 軸襯套
優良滑動軸承的材料其條件為 : 1. 要有適當的抗壓強度 2. 散熱良好, 傳熱率快 3. 摩擦係數小, 磨損減至最低 4. 具有耐蝕性, 能抵抗潤滑劑中不良化學成分的侵蝕 5. 能吸著潤滑油, 得到良好的潤滑效果 6. 質地柔, 具有可塑性, 各部位負荷均勻, 不易發熱
二 滑動止推軸承 滑動止推軸承的負荷與軸向平行, 除支持機件的旋轉外, 且可阻止軸沿軸線方向運動, 可分為四種 : 1. 環止推軸承 (collar thrust bearing) 2. 階級軸承 (step bearing) 3. 液體動力潤滑止推軸承 (hydrodynamic y thrust bearing) 4. 流體靜壓軸承 (hydrostatic bearing)
1. 環止推軸承 環止推軸承又可分為 : (1) 單環止推軸承 (single collar thrust bearing) (2) 多環止推軸承 (multiple collar thrust bearing)
(1) 單環止推軸承 單環止推軸承如圖 6-5(a) 所示 一般套環軸承 (ring bearing), 如虎鉗螺桿上之套環, 只能使螺桿在虎鉗活動鉗座上作迴轉運動 但圖 6-5(b) 所示單環止推軸承, 可承受雙方向的軸向推力 圖 6-5 環止推軸承
(2) 多環止推軸承 多環止推軸承如圖 6-5(c) 所示為多環止推軸承, 套環可與軸製成一體, 此種軸承可承受雙方向, 高速及重負荷的軸向推力, 但必須使用自動潤滑裝置 圖 6-5 環止推軸承
2. 階級軸承 又稱樞軸承 (pivot bearing), 是安裝於軸端的滑動止推軸承, 故又稱為基柱式止推軸承 如圖 6-6(a) 所示為最簡單者, 通常裝置在軸端, 又稱端軸承 為了使軸承易於校準及磨損後便於換裝, 軸下端有兩個以上的墊片, 如圖 6-6(b) 所示之形式 墊片可為平面或為球面, 但為了得到自動調整作用, 最好為球面 潤滑油必須能完全浸沒所有的墊片 圖 6-6 階級軸承
3. 液體動力潤滑止推軸承 在軸與軸承間如有一層油膜存在時, 則可得到最佳的潤滑效果 為了確保軸承面間有一層油膜的存在 ( 使潤滑情況為液動潤滑 ), 摩擦面可以做成傾斜面或可傾轉的塊狀物, 如圖 6-7 所示 在每一傾斜面或傾轉塊上形成一層液體動力油膜, 靴塊的傾轉搖擺, 油膜不會被刮去, 繼續維持液動潤滑狀態, 使軸與軸承不發生接觸 每一個環形軸承面通常作成六個以上的傾斜面或傾轉塊 如圖 6-8 所示為金斯伯止推軸承 (kingsbury thrust bearing)
圖 6-7 液體動力潤滑止推軸承 圖 6-8 金斯伯止推軸承
4. 流體靜壓軸承 當軸承單位負荷太大時, 由靜止起動, 不可能建立油膜, 所以必須使用靜壓軸承 流體 ( 油 ) 由泵浦 (pump) 加壓送到兩機件間, 以供運轉時能維持潤滑 因為流體是由外界供給, 所以又稱為外壓軸承 (externally pressurized bearing), 如圖 6-9 所示 圖 6-9 流體靜壓軸承
如圖 6-9 中泵浦油壓改為氣壓, 空氣被壓縮進入軸頸與軸承間, 使軸與軸頸不直接接觸, 減少軸頸與軸承間之摩擦的軸承, 稱為靜壓空氣軸承 另一種空氣軸承是利用軸本身轉動所產生的流體動壓力, 使空氣界於軸頸與軸承間, 稱為動壓空氣軸承 如圖 6-10 所示為空氣軸承 圖 6-10 空氣軸承
三 特殊滑動軸承 特殊滑動軸承依實用場所而有不同類型, 常見的有下列兩種.. 1. 多孔軸承 2. 無油軸承
1. 多孔軸承 多孔軸承又稱含油軸承 是以粉末冶金製造法製造的軸承 燒結 (it (sintering) i 完成後的軸承具有許多小孔, 約佔軸承之 25%, 孔隙間填充以非膠質潤滑油, 當軸承內之軸旋轉時, 可將孔內之油吸出用以潤滑, 如軸停止轉動, 油即因毛細管作用而吸入空隙內 一般適用於輕負荷的徑向軸承 製造公差之公差為 0.0254mm (0.001 吋 ) 左右
2. 無油軸承 無油軸承是由內充石墨或其他固體潤滑劑為襯套之軸承 使用時不需外加潤滑劑, 例如耐隆軸承即是 其特點具有極佳抗磨性, 適用於輕負荷及不可有污染的食品加工機械
滑動軸承的潤滑 滑動軸承在使用時, 特別注重潤滑, 在兩接觸面間必須加入潤滑劑, 以形成薄膜, 用以吸收熱量, 降減低軸承的溫度, 且減少軸與軸承間的摩擦, 減少動力損失 潤滑劑的功能主要有 : (1) 減少摩擦損失 (2) 減少磨耗, 以增加軸承壽命 (3) 降低摩擦熱 (4) 避免灰塵 水及其他污染
潤滑劑可分為液態 固態及氣態三類 : (1) 氣態潤滑劑 : 空氣 氮氣等 (2) 液態潤滑劑 : 如水 油 油膏 乳化物及油膏酸類 (3) 固態潤滑劑 : 石墨 二硫化鉬 氧化鋁 雲母 滑石 塑膠等
6-1-2 滾動軸承 (rolling bearing) 滾動軸承依轉動體的形狀不同, 可分為二種 1. 滾珠軸承 : 滾動部份為鋼質圓形滾珠 2. 滾子軸承 : 滾子為鋼質之圓柱 圓錐 球面 如表 6-1 所示為滾動軸承分類表
滾動軸承的優缺點 滾動軸承的優點 : (1) 摩擦力小, 動力損失少, 起動阻力小, 高低速均適用 (2) 潤滑簡單, 不需要時常加油, 保養容易 (3) 互換性大, 種類及規格多, 容易選擇 (4) 尺寸精密, 長期使用仍可保持軸於準確位置 (5) 不易發生過熱現象, 噪音小 滾動軸承的缺點 : (1) 成本高, 價格較貴 (2) 製造時須較高的技術, 設計較難 (3) 精密度高裝置較困難 (4) 不能承受震動 重負荷 (5) 不能局部修護, 須整套換新
一 滾珠軸承 滾珠軸承依受力方向及功用, 可分為徑向滾珠軸承 止推滾珠軸承 1. 徑向滾珠軸承 (radial ball bearing) 徑向滾珠軸承一般為下列七種 (1) 單列深槽滾珠軸承 (2) 單列電磁滾珠軸承 (3) 雙列深槽滾珠軸承 (4) 單列斜角滾珠軸承 (5) 組套斜角之滾珠軸承 (6) 雙列斜角滾珠軸承 (7) 自動調心滾珠軸承
徑向滾珠軸承四元件 徑向滾珠軸承係由外座圈 內座圈 滾珠及保持器四滾珠及保持器四元件所構成, 如圖 6-11 所示 (1) 外座圈 (outer race): 軸承的外環座圈 (2) 內座圈 (lnner race): 軸承的內環座圈 (3) 滾珠 (ball): 或稱鋼珠 為固定機件與迴轉機件的媒介物 (4) 保持器 (retainer): 或稱滾珠籠 (ball cage), 用來隔離滾珠, 使滾珠各自滾動而不相接觸, 以減少摩擦及噪音 動畫 6-11 圖 6-11 滾珠軸承的構造
(1) 單列深槽滾珠軸承 此一型式的軸承, 廣泛的被使用 無論內座圈或外座圈, 一律有弧狀的深溝 能承受徑向負載 兩方向的止推負載或此類的複合負載 最適用於做為高速回轉的場所 優點 : 構造簡單, 比起其他軸承容易製造, 精度高
一般常用的如下 : 1) 袖珍型軸承 圖 6-12 袖珍型軸承 2) 橡膠密封單蓋板為 LB 型, 兩蓋板者為 LLB 型 3) 金屬密閉 (steel shield) 滾珠軸承 : 圖 6-13 橡膠密封滾珠軸承 圖 6-14 金屬密閉滾珠軸承
(2) 單列電磁滾珠軸承 如圖 6-15 所示 內座圈雖與深溝滾珠同一形狀, 但溝並不太深 外座圈僅在一側有肩, 他側成為圓筒狀 構造上與斜角滾珠軸承同樣 普通以兩個相對來使用, 主要使用於高速 小型精密機械及電磁控制之小型馬達 圖 6-15 單列電磁滾珠軸承
(3) 雙列深槽滾珠軸承 如圖 6-16 所示 是將深溝滾珠軸承兩個並排起來, 內座圈 外座圈則各別使其成為一體, 在各列設置有套溝的構造 因能裝入滾珠數較多, 故負載能力較大 圖 6-16 雙列深槽滾珠軸承
(4) 單列斜角滾珠軸承 如圖 6-17 所示 此一型式為非分離型, 在構造上, 特別適用於承受單一方向的止推負載或複合負載 接觸角愈大止推負載也隨之增大 圖 6-17 單列斜角滾珠軸承
(5) 組套斜角之滾珠軸承 如圖 6-18 所示 所謂組套軸承, 是把徑向軸承兩個或兩個以上套配成為一組的軸承 普通所使用的組套軸承有單列斜角滾珠軸承的正面套配 (DF) 背面套配(DB) 及並列套配(DT) 等 正面套配 背面套配軸承能承受徑向負載及軸向止推負載 圖 6-18 組套斜角之滾珠軸承
(6) 雙列斜角滾珠軸承 如圖 6-19 所示 將單列斜角滾珠軸承作背面套合, 並把內座圈與外座圈分別做為一體 因各列接觸角的方向相反, 故能承受兩方向的止推負載 這種軸承可容納較大的徑向及軸向的負載 圖 6-19 雙列斜角滾珠軸承
(7) 自動調心滾珠軸承 如圖 6-20 所示 一般均為雙列者, 因外座圈的軌道成為球面, 滾珠 保持器 內座圈在迴轉中, 對外座圈的軸線在某種程度內可自由傾斜, 即有所謂自動調心作用, 因此不會有不合理的壓力加在軸承上 拆卸 安裝簡易, 廣用於傳動裝置 但因止推負載能力不大, 不適於止推負載特大處所 圖 6-20 自動調心滾珠軸承
2. 止推滾珠軸承 如圖 6-21 所示 止推軸承是由固定座圈 迴轉座圈 鋼珠 ( 或滾子 ) 及保持器等四元件所構成 圖 6-21 止推滾珠軸承 止推滾珠軸承通常可分為下列三種 : (1) 單式止推滾珠軸承 (2) 複式止推滾珠軸承 (3) 複式斜角止推滾珠軸承
(1) 單式止推滾珠軸承 如圖 6-22 所示 此種軸承座圈的軌道圈為座墊狀 安裝在軸上的座圈叫做迴轉座圈, 安裝在軸承殼的座圈叫做固定座圈, 在二座圈之間有滾珠 單式止推軸承僅能承受單一方向的止推負載, 不適合於高速迴轉 動畫 6-22-1 圖 6-22 單式止推滾珠軸承 動畫 6-22-2 2
(2) 複式止推滾珠軸承 如圖 6-23 所示 此種軸承的滾珠安裝於中間迴轉座圈與兩個外座圈之間 能承受兩方向的止推負荷 安裝在軸承殼的固定座圈, 有平面座圈與調心座圈兩種 圖 6-23 複式止推滾珠軸承
(3) 複式斜角止推滾珠軸承 如圖 6-24 所示 此種軸承能承受兩方向的止推負載 軸方向的剛性也大, 是一種適合高速迴轉的高精度軸承 適用於工作母機的主軸上 圖 6-24 複式斜角止推滾珠軸承
二 滾子軸承 滾子軸承或稱滾柱軸承 滾子軸承比滾珠軸承能承受更大負載 滾子軸承依受力方向及功用, 可分為徑向滾子軸承與止推滾子軸承兩種 1. 徑向滾子軸承 : 徑向滾子軸承分為下列四種 (1) 筒型滾子軸承 (2) 錐型滾子軸承 (3) 自動調心滾子軸承 (4) 針型滾子軸承
(1) 筒型滾子軸承 如圖 6-25 所示, 為各種型式之筒型滾子軸承 此種軸承滾子為圓筒形, 滾子與軌道之間成線接觸, 故徑向負荷能力特大, 構造上適於高速迴轉 圖 6-25 筒型滾子軸承
(2) 錐型滾子軸承 如圖 6-26 所示 因使用圓錐狀的滾子, 故稱為錐形滾子軸承 錐型滾子軸承對於徑向負載 錐型滾子軸承對於徑向負載單方向的止推負荷以及此類的複合負載等, 均具有特大負荷能力 但在純徑向負載的情況下, 會引發軸向分力 一般都以兩兩成對使用 圖 6-26 錐型滾子軸承
(3) 自動調心滾子軸承 如圖 6-27 所示 此種軸承與自動調心滾珠軸承一樣, 具有自動調心作用, 不但負載能力大, 也能勝任兩方向的止推負載 因能耐重負荷與衝擊, 故廣泛被使用於壓延機 混和機 以及其他產業機械 圖 6-27 自動調心滾子軸承
(4) 針型滾子軸承 如圖 6-28 所示 一般針型滾子軸承, 是將滾子直徑 5mm以下的針型滾子裝入而成的軸承 比其他滾子軸承的幅度寬 負載較大, 因此有利於機械的小型化 輕量化 此外慣性力 軸承的剛性會成為問題的地方或會搖動的情況下也能適用 圖 6-28 針型滾子軸承
2. 止推滾子軸承 止推滾子軸承分為下列三種 : (1) 止推圓筒滾子軸承 (2) 止推錐形滾子軸承 (3) 止推球面滾子軸承
(1) 止推圓筒滾子軸承 止推圓筒滾子軸承亦稱直滾子止推軸承, 如圖 6-29 所示 滾子為直圓筒形 圖 6-29 止推圓筒滾子軸承
(2) 止推錐形滾子軸承 如圖 6-30 所示 使用錐形的滾子, 座圈上製成錐形, 故此形式的滾子軸承, 可支撐側推力 圖 6-30 止推錐形滾子軸承
(3) 止推球面滾子軸承 如圖 6-31 所示 此種軸承與自動調心滾子軸承極相似, 滾子為球面有自動校正中心的作用, 不同點在單列而接觸角特大, 止推負荷能力大 此外, 有止推負載加上時, 也能承受某一程度的徑向負載 圖 6-31 球面滾子止推軸承
6-2 滾動軸承的規格及應用 滾動軸承的規格已由 CNS 標準規格化 為了達到國際化, 具互換性,CNS 標準是參考國際標準組織 (I S O) 而製訂的 故兩者可互通 滾動軸承的規格說明如下
一 公稱號碼 滾動軸承係一種標準化之產品, 但是種類及規格很多, 其型式及尺寸大小等都以公稱號碼表示之 滾動軸承之公稱號碼由基本記號及輔助記號組成, 其排列順序如表 6-2 所示 如果省略接觸角記號或輔助記號之一部份時, 則其餘輔助記號按照順序向左移 說明如下
1. 基本記號輔助記號 ( 置於基本記號之後 ) 表 6-2 滾動軸承的規格輔助記基本記號輔助記號 ( 置於基本記號之後 ) 軸承系列記號 4. 內徑 5. 接觸 6. 保持 7. 封閉 8. 座圈 9. 組合 10. 間隙 11. 等級 2. 3. 記號(置徑號碼記觸角記號持器記號閉記號或圈環形狀合記號隙記號級記號型式記尺寸系(寬度及置於基本記號號. 號或蔽蓋狀記號記號系列及直徑記本記號記號記號)之前)
1. 輔助記號 如表 6-3 所示 輔助記號標註於基本記號之前, 有時可以省略 表 6-3 輔助記號 記號 E EC F TK TS 意義 表面硬化鋼 膨脹補正 不銹鋼 高速度 特殊耐熱處 理
2. 軸承型式記號 表 6-4 軸承形式記號 記號軸承型式記號軸承型式 N NF NH NJ NN 1 自動對正滾珠軸承 N 筒型滾子軸承 2 自動對正滾子軸承 3 雙列斜角滾珠軸承 ( 附內槽 ) NH 錐形滾子軸承 4 雙列徑向深槽滾珠軸承 NN 5 雙列斜角滾珠軸承 ( 無內槽 ) UCP 止推滾珠軸承 6 單列徑向深槽滾珠軸承 UCFC UCFL 連座軸承 7 單列斜角滾珠軸承 BL 超大型軸承
3. 尺寸系列 尺寸系列是由直徑級序及寬度級序所組成 直徑級序以 8 9 0 1 2 3 4 等七種記號表之, 依上述順序, 級數越後, 直徑越大 寬度級序以 8 0 1 2 3 4 5 6 等記號表之 如圖 6-32 所示 圖 6-32 滾動軸承尺寸系列
尺寸系列是以寬度系列配合直徑系列而得 對同一軸承內徑而言 用寬度系列與直徑系列之順序配合的二位數字來表示 例如寬度級序為 0, 直徑級序為 2, 則尺寸級序記號以 02 表之 假設 : 軸承的公稱號數為 0205, 則後二位表示孔徑為 05 5=25mm, 前二位 02 尺寸級序由表 6-5 得知直徑為 52mm, 寬度為 15mm, 徑向高度大於寬度
表 6-5 軸承級序與尺寸 : 單位 mm
4. 內徑號碼 此種號碼係用來表示軸承的內徑, 如表 (6-6) 6) 所示, 說明如下 : (1) 內徑尺寸在 500mm 以下者, 以內徑號碼表示之, 可分為下列三種 : 1) 內徑在 10mm以下者, 直接以內徑尺寸用個位數之號碼表示 例如公稱號 605 之軸承, 表示其內徑為 5mm 2) 內徑號碼 00,01,02,03 01 02 03 各記號代表內徑尺寸如表 6-6 6 所示 3) 內徑號碼自 04 96 之間者, 將號碼乘以 5 後即為內徑尺寸 例如 6316 之軸承, 表示其內徑為 80mm(16 5 = 80mm)
(2) 內徑尺寸在 500mm 以上者, 其內徑大小即為公稱號碼 (3) 內徑號碼有斜線之號碼, 其號碼之數字即為內徑尺寸 例如 /22, 表示內徑 22mm
表 6-6 滾動軸承內徑號碼
5. 接觸角符號 接觸角乃是自內 外環與滾珠接觸點所連直線, 與徑向所成之夾角 接觸符號如表 6-7 所示 表 6-7 接觸角符號註 : 軸承形式接觸角符號 斜角滾珠軸承 公稱接觸角超過 10 在 22 以下 ( 標準 C 15 ) A 公稱接觸角超過 22 在 32 以下 ( 標準 B 30 ) 公稱接觸角超過 32 在 45 以下 ( 標準 40 ) 公稱接觸角超過 10 在 17 以下 圓錐滾珠軸 公稱接觸角超過 17 在 24 以下 承 公稱接觸角超過 24 在 32 以下 記號可以省略 B C D
6. 保持器記號 表 6-8 保持器記號 記號內容記號內容記號內容 FI 鋼 ( 機製 ) Y 黃銅 J 鋼 ( 衝製 ) LI 銅合金 V 無保持器 PB 磷青銅 TI 合成樹脂
7. 密閉記號表 6-9 密閉記號 記 號 內容記號內容記 號 內容 ZZ 兩面密閉鋼板 LLB 合成橡膠密封 FF 密封附毛毯 Z 單面密閉鋼板 LLU 合成橡膠密封 F 密封附毛毯
8. 座圈環形狀記號 表 6-10 座圈環形狀記號 記號 內 容 K 內徑錐度孔基準錐度 1/12 N 附環槽 NR 附固定環
9. 組合記號 表 6-11 組合記號 記號內容記號內容 DB 背面組合 DT 並列組合 DF 正面組合 +α 附間座
10. 間隙記號 表 6-12 間隙記號 記號內容記號內容記號內容 C1 間隙小於 C2 C4 大於 C3 無記號普通間隙 C2 小於普通間隙 C5 大於 C4 /G00 預壓 C3 大於普通間隙
11. 等級記號 表 6-13 等級記號 記號內容記號內容記號內容記號內容 無 0 級 P6 JIS6 級 P5 JIS5 級 P4 JIS4 級
滾動軸承規格記號表示法 舉例說明如表 6-14 所示
二 公稱號碼實例 1. 四位數軸承號碼 2. 三位數軸承號碼 3. 五位或六位軸承號碼
1. 四位數軸承號碼 四位號碼中, 後兩個數字 ( 即第三 第四字第四字 ) 的五倍, 即為該軸承的內徑尺寸 [ 例 1]:6208ZN 62 08 Z N 軌道環形狀符號蓋板符號 ( 單側蓋板 ) 內徑號碼 ( 軸承內徑為 08 5 = 40mm ) 軸承系符號 ( 單列深槽滾珠軸承, 尺寸系列為 02)
四位號碼中, 前後兩位數之間, 加一橫線隔間者, 其最後兩位數, 直接表示其內徑尺寸 [ 例 2]: 軸承號碼 62/22, 其內徑為 22 mm 軸承號碼 63/28, 其內徑為 28mm
2. 三位數軸承號碼 (1) 三位數之前面無英文字母時, 則最後一個數字 ( 即第三字 ) 直接表示其內徑尺寸 [ 例 3]:605C1P5 60 5 C1 P5 等級符號 (5 級 ) 間隙符號 (C1 間隙 ) 內徑號碼 ( 軸承內徑為 5mm) 軸承系列符號 ( 深槽滾珠軸承 )
(2) 三位號之前面有英文字母時, 則最後兩個數字 ( 即第二 第三字 ) 的五倍, 即為該軸承的內徑尺寸 [ 例 4]: 軸承號碼 N430, 內徑為 30 5=150 mm 軸承號碼 NF406, 內徑為 06 5=30 mm
3. 五位或六位軸承號碼 (1) 軸承號碼為五位數或六位數者, 其最後兩位數乘 5 其值即為內徑尺寸 [ 例 5]: 軸承號碼 30320, 其內徑為 20 5=100 mm 軸承號碼 623060, 其內徑為 60 5=300 mm
(2) 六位數號碼中, 前後三位數之間加一橫線隔間者, 其最後三位數, 直接表示其內徑尺寸 [ 例 6]:232/560K 232 560 K 軌道環形符號 ( 內徑為錐度孔 ) 內徑號碼 ( 軸承內徑為 560mm) 軸承系符號 ( 自動調心滾子軸承 )
三 滾動軸承的應用 滾動軸承精度高, 在處理時不可有塵埃的侵入, 儲存時應製注意防銹 裝配時不可因受衝擊而造成壓痕或傷痕 軸承是機械的基本配備, 凡需要轉動的機件都少不了它 其應用的範圍很廣, 如馬達 工具機 引擎的主軸, 汽機車傳動軸 差速器, 運動器材 輸送帶 氣油壓機 家電器具等都用得到, 應用實例如圖 6-33~6-38 所示
圖 6-33 小型馬達之心軸 圖 6-34 小型引擎
圖 6-35 貨車輪 圖 6-36 汽車差速器
圖 6-37 外圓磨床心軸 圖 6-38 車床主軸
6-3 聯結器的種類及功用 軸的連接可分為永久結合與間歇離合兩種 永久結合連接裝置稱為聯接器 (coupling) 間歇離合連接裝置稱為離合器 (clutch) 軸的使用長度不一, 很少依需求長度製造 軸為了方便製造加工 應用或搬運, 必須製成不同的長度 在應用時, 分段的軸必須使用連接裝置連接起來 聯接器依構造及功用不同, 可分為一 剛性聯結器 (rigid coupling) 二 撓性聯結器兩種 (flexible coupling)
一 剛性聯結器 (rigid coupling) 剛性聯結器用於軸的直線延長, 其特性為 (1) 連接同心軸 (2) 適用低速傳動 (3) 不允許有角度偏差, 軸向偏差, 旋轉撓曲 二 撓性聯結器兩種 (flexible coupling) 撓性聯結器能適應以下場所 :(1) 聯結器必須具有適當的撓曲性時 (2) 容許兩軸間有小量的角度偏差或中心線偏差 (3) 小量的軸向的移動 (4) 利用聯結器吸收一部分震動, 或允許大量的扭力變化時
6-3.1 剛性聯結器 剛性聯結器常用者有下列五種, 分述如下 : 一 軸環聯結器 (collar coupling) 二 凸緣聯結器 (flange coupling) 三 賽勒氏錐形聯結器 (Seller s cone coupling) 四 分筒聯結器 (split sleeve coupling) 五 摩擦阻環聯結器 (friction clip coupling)
一 軸環聯結器 軸環聯結器其構造上, 僅有一套筒, 所以又名套筒聯結器 (sleeve coupling), 為最簡單的一種 適用於輕負荷傳動 裝置時, 使用兩個固定螺釘, 如圖 6-39(a) 所示, 分別鎖入等長的左右兩軸內, 以傳動所承受的扭力矩 螺釘之頭部最好埋入聯結器內, 以策安全 如果不使用固定螺釘, 可改用徑向銷, 或用鍵可以傳達更大的動力 如圖 6-39(b) 所示, 軸端做成 L 型 可增加傳遞的動力 圖 6-39 軸環聯結器
二 凸緣聯結器 如圖 6-40 所示為凸緣聯結器, 其構造簡單, 成本低, 為最常用的一種聯結器 裝置時, 連接軸必須對正, 否則會造成撓曲並且產生嚴重的磨損 常用於大型軸的聯結 圖 6-40 凸緣聯結器
三 賽勒氏錐形聯結器 賽勒氏錐形聯結器亦稱壓縮聯結器 (compression coupling) 如圖 6-41(a) 所示, 是由鑄鐵製成數個大小錐筒結合而成 大錐筒的大錐筒的內孔做成相對的截圓錐, 錐度 1/6.5~1/10 圖 6-41 賽勒氏錐形聯結器
又用一對小外截圓錐筒, 如圖 6-41(b) 所示, 與大錐筒內孔相配合, 其大端直徑約為軸直徑的二倍, 再以螺栓聯結 大錐筒與小外截圓錐筒因摩擦力而合併為一體, 而且由於斜面的作用, 加上螺栓加壓鎖緊, 所以將軸緊握 如在小截面錐筒與軸間加入斜鍵, 可傳達大的動力 圖 6-41 賽勒氏錐形聯結器
四 分筒聯結器 分筒聯結器, 亦稱夾板聯結器, 如圖 6-42 所示, 係由兩個分裂的圓筒對合組成, 並在半圓筒之邊鑽孔, 以螺栓鎖緊使之與軸產生連接的作用 如加入斜鍵可傳達更大的動力 圖 6-42 分筒聯結器
五 摩擦阻環聯結器 摩擦阻環聯結器亦稱環圈壓縮聯結器, 如圖 6-43 所示, 外側為傾斜之分裂筒, 分裂筒外左右各套入一個內孔為傾斜的圓環, 當圓環向內打入時, 即可壓迫分裂筒與軸, 經由機件間的摩擦力來傳達動力 此種聯結器不適於震動較大之場合, 以避免圓環之鬆動 圖 6-43 摩擦阻環聯結器
6-3.2 撓性聯結器 常用者有下列九種, 分述如下 : 一 彈性材料膠合聯結器 (elastic material coupling) 二 鏈條聯結器 (chain coupling) 三 撓性盤聯結器 (flexible disk coupling) 四 撓性齒輪聯結器 (flexible gear-type coupling) 五 撓性彈簧聯結器 (flexible toroidal spring coupling) 六 脹縮接頭聯結器七 彈性材料凸緣聯結器 (elastic material bushed coupling) 八 歐丹聯結器 (Oldham s coupling) 九 萬向接頭聯結器 (universal joint coupling)
一 彈性材料膠合聯結器 此類聯結器允許兩軸有微量的軸向偏差及扭矩變化, 兩傳動軸之軸端各有一軸環, 且用固定螺釘鎖緊之, 中間用彈性材料膠合之 如圖 6-44 所示, 兩軸端各有一凸緣, 可用螺釘固定於軸, 或用鍵連接亦可, 兩凸緣用彈性材料膠合之 圖 6-44 彈性材料型聯結器
二 鏈條聯結器 如圖 6-45 所示 兩軸由雙股鏈條所連接, 稱為鏈條聯結器, 其兩軸端裝各有兩個鏈輪, 用雙股鏈或靜聲鏈連接起來 由於鏈節間及鏈條與鏈輪之間均有間隙, 因此可容許二軸線有微量偏心或微量角度偏差 圖 6-45 鏈條聯結器
三 撓性盤聯結器 如圖 6-46 所示為撓性盤聯結器, 是用鋼片 皮革 織造物或塑性材料等, 以交錯的方式用螺栓固定於兩個凸緣盤上 使用於較大之軸向偏心與角度偏差 圖 6-46 撓性盤聯結器
四 撓性齒輪聯結器 如圖 6-47 所示為撓性齒輪聯結器, 兩個軸端各有一外接齒輪, 然後用兩個齒數相同之環齒輪嚙合, 在兩個環齒輪上製成凸緣, 並用螺栓固定之 動力是由主動軸傳給主動環齒輪, 借由固定螺栓傳給被動環齒輪, 再傳給被動軸 圖 6-47 撓性齒輪聯結器
五 撓性彈簧聯結器 如圖 6-48 所示為撓性彈簧聯結器, 乃使用一彈簧鋼片交覆彎曲纏繞於二軸上, 藉由彈簧鋼片傳遞動力 如負荷過大時, 彈簧片會先斷裂, 具有保護作用, 適用於低速軸傳動 圖 6-48 撓性彈簧聯結器
六 脹縮接頭聯結器 如圖 6-49 所示為脹縮接頭聯結器, 允許軸方向有少許餘隙的聯結器 適用於當長軸受熱而發生膨脹的現象時, 使用於低轉速場合 圖 6-49 脹縮接頭聯結器
七 彈性材料凸緣聯結器 如圖 6-50 所示, 在凸緣盤螺栓孔上裝置固定螺釘, 在螺孔內套入橡膠或皮革彈性環墊等, 圍撓在螺椿周圍 使用時, 允許少量力矩及軸線的角度偏差, 且可使衝擊緩和, 可傳送中等轉速 圖 6-50 彈性材料凸緣聯結器 動畫 6-50-1 動畫 6-50-2
八 歐丹聯結器 如圖 6-51 所示為歐丹聯結器, 適用的場合為兩軸互相平行但不在同一中心線上, 偏心量小又兩軸的角速度需絕對相等時 如圖 6-51(a) 所示, 兩軸凸緣的接觸面上各具有凹槽, 且凹槽互相垂直 中間圓盤的兩面各具有凸形長方條, 且兩長方條相互垂直 此二長方條與兩軸上的凸緣凹槽相互嵌合 如圖 6-51(b) 所示為三個圓盤組合成一體, 連接主動軸與從動軸可達同步效果 動畫 6-51-1 圖 6-51 歐丹聯結器 (b) 歐丹聯結器動畫 6-51-2
九 萬向接頭聯結器 如圖 6-52(a) 所示為萬向接頭, 又稱虎克接頭 (Hooke sjoint) joint), 或稱十字接頭 (cross joint), 應用於兩軸中心線交於一點, 且當兩軸迴轉時角度可任意變更之連接傳動 如圖 6-52(b) 所示, 當主動軸以等角速度旋轉, 而從動軸的角速度則可以隨兩軸角度位置偏差 ( 角 ) 之大小而變, 兩軸角速比在 cosθ 至 1/cosθ 之間變化, 偏差愈大, 角速度變化亦愈大 此角以不超過 30 為宜,5 以下為最理想 欲使主動軸與從動軸角速度完全相同, 可以成對使用 ( 加一副軸 ), 如圖 6-53 所示, 在兩個萬向接頭中間另加設一軸, 稱此軸為 副軸 或稱 中間軸
動畫 6-52(a) (a) 萬向接頭 圖 6-52 萬向接頭聯結器 動畫 6-52(b)-1 動畫 6-52(b)-2 圖 6-53 萬向接頭成對使用
6-4 離合器的種類及功用 離合器的主要功用是傳達動力 當主動軸與從動軸間動力傳達時, 視需要可隨時分離與結合的聯結器稱為離合器 常用的離合器可分為下列三種 : 6-4-1 爪離合器 (jaw clutch) 6-4-2 摩擦離合器 (friction clutch) 6-4-3 其他離合器
6-4-1 爪 一 方爪離合器 (square jaw clutch) 方爪離合器是最簡單又有確動作用的離合器, 不論正轉或反轉都能產生確實的離合作用, 唯需停止時操作 其特點是主動軸與被動軸的轉速相同 如圖 6-54 所示為方爪離合器 主動軸轉動, 帶動從動軸轉動, 從動軸上之方爪亦可沿軸向移動 圖 6-54 方爪離合器 動畫 6-54
二 螺旋爪離合器 如圖 6-55 所示為螺旋爪離合器, 又稱斜爪離合器 與方爪離合器同樣以動力作傳動, 但因為有一面為斜面, 所以只能作單方向的動力傳遞, 使用於汽車發動機的起動器上 另外還有雙斜爪離合器, 如圖 6-56 所示, 可正反雙向傳動, 適用於小負載之傳動 圖 6-55 斜爪離合器 圖 6-56 雙斜齒形 動畫 6-55 動畫 6-56
6-4-2 摩擦離合器 摩擦離合器是利用兩個或數個接觸面的摩擦力作動力傳遞 其優點為 : 主動軸與從動軸接合與分離時, 平穩順暢, 且負荷超過一定值時, 兩軸即產生打滑, 具保護作用 其應用在汽機車上有下列四個優點 : (1) 將引擎動力傳至輪軸 (2) 起動與停止很平穩 (3) 暫停時引擎不須熄火 (4) 方便換擋與變速 其缺點為 : 從動軸之轉速較不穩定
摩擦離合器分類 摩擦離合器分類如下: 軸向摩擦離合器接觸壓力與軸平行, 徑向摩擦離合器受力方向與軸垂直
一 錐形離合器 錐形離合器如圖 6-57(a) 所示, 利用兩個圓錐面間之摩擦力以傳遞動力 通常半錐角 (α) 在 8 ~15 之間, 以 12.5 最佳 圖 6-57 錐形離合器 動畫 6-57
Do 為錐体大徑 Di 為錐体小徑 Fa 為軸向推力 Ft 為圓錐切線方向的摩擦力 μ 為摩擦係數 Fn 為垂直摩擦面的平均壓力 A: 為兩圓錐體之摩擦接觸面積 b: 為兩圓錐體接觸面的寬度為半錐 ( 頂 ) 角, 一般為 12.5 圓錐體的平均直徑 (6-1) 軸向推力 Fa 與錐面上壓力 Fn 的關係如下 : 則 D o + D i (6-2) Dm = 2 (6-3) F a = Fnsinα F t = μ Fn = μfa sinα
摩擦所產生的扭力矩 Dm T = Ft = 2 μfadm 2sinαα 假設 P 為圓錐體上單位面積的正壓力 F n = P A = P π Dm b = 則 F a = πdmbpsinα FaF sinα (6-4) 即 (6-5)
[ 例 1] 一半錐角為 12.5 之錐形離合器, 錐面寬 10cm, 錐體平均直徑 50 cm, 摩擦係數為 02, 0.2, 錐面允許工作應力為 1N/ cm2, 求所需的軸向壓力及所能傳動的扭力 ( sin 12.5 = 0.2164 ) 解 : 軸向壓力由公式 : F a = π D m bp sinα 扭力由公式 : =π 50 10 1 sin12.5 = 339.75 Dm μfadm 0.2 339.75 50 T = Ft = = = 7850 2 2sinα 2sinα N N-cm
2. 圓盤離合器 如圖 6-58 所示為圓盤離合器, 又稱片狀離合器 (plate clutch) 此離合器乃增大圓錐形離合器之半錐角到 90 而成的 圖 6-58 圓盤離合器
因 α=90 代入 (7-4), 得 T = 1 μ F ad m 2 F (6-6) 假設盤上的壓力為均勻分佈, 可由 (6-2) 與 (6-5) 式改為 π 2 2 = Fn = P A = P( Do D ) (6-7) 4 i 如果摩擦接觸面很寬, 在以公式 (7-6) 計算 T 時,Dm D 必須以下式求 a D m = 3 3 2( Do Di 2 2 3( D o D i ) ) (6-8)
多盤式離合器 一般將圓盤離合器做成幾片摩擦盤, 以增加摩擦面用以增大傳達的扭轉力矩, 如圖 6-59 所示, 此種離合器稱為多盤式離合器 (multiple-diskclutch) 圖 6-59 多盤式離合器
三 塊狀離合器 如圖 6-60 所示為塊狀離合器, 是借一個或多個塊狀物, 經由徑向加壓於圓筒表面上, 產生摩擦力以傳達動力 塊狀物可置在圓筒之內或外側, 如果接觸角未超過 60 時, 接觸面上的壓力可視為均勻不變 圖 6-60 塊狀離合器
四 帶離合器 帶離合器的構造包括一條撓性的鋼帶, 鋼帶面上覆有石棉纖維 木料或其他耐摩耗而且摩擦係數大的物質 帶的一端固定, 另一端繞過一輪鼓後連接於操縱機構, 當操縱桿將鋼帶拉緊與輪鼓密合時, 主動件與從動件合而為一體, 用以傳達動力 如圖 6-61 所示為一種帶離合器, 適用於礦場以及類似用途之重負載或衝擊的工作 圖 6-61 帶離合器
6-4-3 其他離合器 一 渦電流離合器 (eddy-currant clutches) 如圖 6-62 62 所示為渦電流離合器 左邊的轉盤通以電流產生磁通 當兩個轉盤作相對運動時, 將產生渦電流 (eddy-current), 由渦電流而產生兩者間的扭轉力矩, 此即為渦電流離合器 圖 6-6262 渦電流離合器
二 超越式離合器 (Overrunning clutches) 超越式離合器之設計只允許主動軸朝某一方向傳達動力, 相反方向則無效 超越式離合器又稱自由轉動式或單向 (free-wheeling or unidirectional) 離合器 超越式離合器種類依工作原理分為 : 1. 摩擦與鍥入式 2. 剪力與壓力式
1. 摩擦與鍥入式 如圖 6-63 所示均為摩擦與鍥入式離合器 當主動件轉動時, 滾子或卡子鍥入內外輪間, 即可帶動從動件轉動用以傳達動力 反轉即失去作用 圖 6-63 摩擦與鍥入式單向離合器
2. 剪力與壓力式 如圖 6-64 所示均為剪力及壓力式離合器, 又稱棘爪離合器 主動件轉動時對從動件傳達動力, 反轉時兩者因斜面的關係, 發生跳脫, 不能傳達動力 圖 6-64 剪力與壓力式離合器
三 流體離合器 (fluid clutch) 如圖 6-65 所示, 以液壓油為媒介, 主動軸輪葉轉動帶動從動軸之輪葉, 將動力傳出 圖 6-65 流體離合器
四 乾流體離合器 (dry-fluid clutch) 如圖 6-66 所示, 當主動軸之外箱轉動時, 許多乾材料 小鋼珠由於離心力的作用而夾緊轉子以傳送動力 主動軸速度越快, 傳動率越高 主動軸速度低於一數值時, 從動軸即停止不動 圖 6-66 乾流體離合器
6-5 離合器的滑動裝置 操縱離合器之機構, 可分為手操縱 油壓 空壓 電磁力等 操縱離合器, 須要藉著軸環與撥桿的作 用來操縱 一 軸環 : 如圖 6-67 所示 是裝在離合器凹槽處 二 撥桿 : 如圖 6-68 所示 則將置在軸環上, 用以撥動軸環 圖 6-67 軸環 圖 6-6868 撥桿
二者組成一套離合器的操縱機構 如圖 6-69 所示 圖 6-6969 離合器與滑動裝置 動畫 6-69b
軸承及連接裝置機構應用動畫 1. 軸承座 2. 滾輪機構 3. 軌道弔架 動畫 6-70 動畫 6-71 動畫 6-72