《机械设计基础》教案——第十五章 滚动轴承.docx

授课题目：第15章滚动轴承15.1滚动轴承的结构和类型15.2滚动轴承的代号15.3滚动轴承的计算15.4滚动轴承的选择15.5滚动轴承的组合设计授课方式（请打J）理论课J讨论课口实验课口习题课口其他口课时安排12教学目的、,要求掌握滚动轴承的基本构造、熟悉其类型与代号、（分掌握、熟悉、T解三个层次）了解滚动轴承类型选择应考虑的问题。教学重点滚动轴承的基本构造与代号难点滚动轴承的选择和计算课后总结分析滚动轴承的基本构造、类型及代号滚动轴承的类型选择思考题一、二讨论题三、四作业二、四教学内容1.1 1滚动轴承的结构和类型滚动轴承的特点：它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。它具有摩擦阻力小、功率消耗少、效率高、易于起动、润滑方便、互换性好等优点。但其抗冲击能力差，高速时噪声大。一、滚动轴承的结构滚动轴承的基本结构如图15-1所示，它由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4等四部分组成。内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座装配。工作时通常内圈和轴一起转动，外圈固定不动，但有时也可以外圈转动而内圈不动，或内外圈同时转动。滚动体是滚动轴承中不可缺少的重要元件，常用的滚动体如图15-2所示，有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子等几种。保持架的作用是均匀分布滚动体，避免滚动体相互接触，以减少摩擦和磨损。二、滚动轴承的参数L偏位角由于安装误差或轴的变形等引起滚动轴承内外圈中心线发生相对偏斜,其倾斜角。称为偏位角。如图15-3所示，各类轴承的偏位角必须符合规定。2 .公称接触角如图15-4所示，滚动体与套圈滚道接触处的法线方向与轴承的径向平面（垂直于轴承轴心线的平面）之间的夹角a,称为公称接触角。它表明了轴承承受轴向载荷和径向载荷的能力分配关系3 .极限转速滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的最高转速称为极限转速。滚动轴承转速过高会使摩擦面间产生高温，使润滑失效，从而导致轴承失效。4 .游隙指滚动体与内、外圈滚道之间的最大间隙，如图15-5所示，将一套圈固定，另一套圈沿径向的最大移动量称为径向游隙，沿轴向的最大移动量称为轴向游隙。三、滚动轴承的分类1 .按滚动体的形状分可分为球轴承和滚子轴承两大类。如图15-2所示，球轴承的滚动体是球形，承载能力和承受冲击能力小。在同样外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.53倍。所以，在载荷较大时应选用滚子轴承。2 .按滚动体的列数分可分为单列、双列及多列滚动轴承。3 .按工作时能否调心分可分为调心轴承和非调心轴承，调心轴承允许的偏位角大。4 .按承受载荷方向不同分类可分为向心轴承和推力轴承两类。四、滚动轴承的主要类型及特性常用的各类滚动轴承的性能及特点见表15-2o15.2滚动轴承的代号滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号组成，用字母和数字表示。一、基本代号基本代号由类型代号、尺寸系列代号和内径代号组成。（1）类型代号用数字或英文字母表示，见表15-4。（2）尺寸系列代号包括直径系列代号和宽度（对推力轴承为高度）系列代号。右起第三位数字表示直径系列代号，为满足不同使用条件，内径相同的轴承配有不同外径的尺寸系列，即轴承的外径和宽度有所不同。（3）内径代号基本代号右起第一、二位数字为内径代号，表示轴承内径的方法见表15-5。内径代号（两位数）0001020304-96轴承内径mm10121517代号数X5二、前置代号和后置代号1 .前置代号前置代号是添加在基本代号前的补充代号，用字母表示，用以说明成套轴承部件的特点。如L表示可分离内外圈的轴承，K表示滚子和保持架组件。具体表示方法可查轴承手册。当轴承无需作说明时，无前置代号。2 .后置代号轴承的后置代号是用字母和数字等表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等。后置代号有8种，见表15-6o15.3滚动轴承的计算一、滚动轴承的受力分析滚动轴承在轴向载荷可作用下，可认为各滚动体所承受的载荷是相等的。当轴承受纯径向载荷K作用时，情况就不同了，如图15-7所示。此时上半圈滚动体不承载，而下半圈各滚动体承受不同的载荷（由于各接触点上的弹性变形量不同）。处于作用线最下位置的滚动体承载最大，即轴承各元件是在交变的接触应力下工作的。二、滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式主要有三种：疲劳点蚀，塑性变形和磨损。三、滚动轴承的计算准则根据滚动轴承不同的失效形式，在选择滚动轴承类型后要确定其型号和尺寸，其计算准则是：（1）对于疲劳点蚀主要进行以疲劳强度为依据的寿命计算。（2）对于塑性变形主要进行静强度计算，使其工作能力低于轴承材料的屈服强度。（3）对于高速轴承应验算其极限转速，对磨损应采取相应的润滑和密封措施。四、滚动轴承的寿命计算1 基本概念（1）轴承的基本额定寿命滚动轴承的实际寿命是指单个轴承出现疲劳点蚀前转过的总转数，或在一定转速下的工作小时数。基本额定寿命是指一批相同的轴承在相同条件下运转，其中90%的轴承未发生疲劳失效时的总转数或在一定转速下所能运转的总工作小时数，标准规定用右0或"表示。(2)基本额定动载荷轴承的基本额定动载荷是指轴承的基本额定寿命为1()6转时所能承受的最大载荷，用字母C表示。这个基本额定动载荷对向心轴承，指的是纯径向载荷，常用Cr表示；对推力轴承，指的是纯轴向载荷，常用Ca表示。(3)当量动载荷、当量静载荷基本额定动载荷是在一定运转条件下确定的，而实际上轴承在许多应用场合，常常同时承受径向载荷和轴向载荷。因此在进行轴承寿命计算时,必须把实际作用在轴承上的双向载荷折算成与基本额定动载荷方向相同的假想载荷，该假想载荷称为当量动载荷，用P表示。2 .滚动轴承的寿命计算£10=(£)e(×o)(15-2)在实际工作情况下的轴承寿命计算公式为IO6(ftcX60nfpPy（三）(15-3)3 .滚动轴承的当量动载荷的计算对于同时承受径向载荷耳和轴向载荷万的轴承，当量动载荷尸的计算公式为P=XFr+YF式中：X、Y分别为径向载荷系数和轴向载荷系数，可分别按A>e或4We两FlFr种情况由表15-9查取。表中参数e反映了轴向载荷对轴承承载能力的影响，其值与轴承类型和上L有关。五、角接触轴承的轴向载荷计算1 .角接触轴承的内部轴向力角接触轴承的结构特点是在滚动体与外圈滚道接触处存在接触角,角接触球轴承和圆锥滚子轴承在承受径向载荷K时，载荷作用线会偏离轴承宽度的中点，而与轴心线交于O点，此时会产生派生的内部轴向力瓦，其大小可按表15-10所列公式计算,方向由轴承外圈的宽边一端指向窄边一端，迫使轴承内圈与外圈有脱开的趋势。2 .角接触轴承轴向载荷的计算由于角接触轴承受径向力作用后会产生内部轴向力，所以常成对使用。图15-9所示为角接触轴承的两种不同安装方式，a）b）图15-9角接触轴承安装方式图a）正装（面对面）b）反装（背靠背）图l5-9a中两端轴承外圈窄边相对，称为正安装（即面对面安装），图15-9b中两端轴承外圈宽边相对，称为反安装（即背靠背安装）。设轴承受的轴向外载荷为其，径向外力为耳，根据静力平衡条件计算出作用在两个轴承上的径向载荷用、瓦,并由表15-10查算出派生的内部轴向力耳、瓦，再按下述方法确定各轴承所受的总轴向力耳、耳。（1）当用'+氐'=时，轴在合外力的作用下没有轴向移动的趋势。因此轴承1、2所受的载荷分别为自己内部轴向力本身，即K=耳、瓦=瓦。（2）当反+成星时，如图15-9a所示，轴在合外力的作用下将有向右移动的趋势，轴承2被压紧，为使其保持平衡，轴承座要通过轴承2的外圈施加一个附加的轴向力来阻止轴的移动，即轴承2所受的总轴向力瓦必须与反+%相平衡，即月=瓦+瓦；而轴承1（被放松）的轴向力只受其内部轴向力的影响，即目=耳。（3）尺+M曰时，如图15-9a所示，轴在合外力的作用下将有向左移动的趋势,轴承1被压紧,而轴承2被放松。同样道理,压紧端轴承1的轴向力为万=C-K；放松端轴承2的轴向力为瓦=员。由以上的分析，可得出结论：角接触轴承的轴向载荷可根据轴的轴向移动趋势来确定轴承的放松端和压紧端。放松端的轴向载荷等于其内部轴向力，压紧端的轴向载荷等于外部轴向载荷和另一个轴承内部轴向力的代数和。六、滚动轴承的静强度计算1 .基本额定静载荷基本额定静载荷是指当内外圈之间相对转速为零时,受载荷最大的滚动体与滚道接触处的最大接触应力达到一个定值（调心轴承为4600MPa,其他类型轴承为4200MPa）时,轴承所受的载荷，用。表示（径向额定静载荷用黑表示）。2 .当量静载荷的计算对于同时承受径向载荷耳和轴向载荷冗的轴承，当量静载荷屏的计算公式为耳=X°k+E*（15-6）X。、Y0分别为当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数，见表15-11。当计算结果庶<及时，则取既=7。对于只承受径向载荷K的径向接触轴承，其当量静载荷即为外载荷耳；对于只承受轴向载荷耳的轴向接触轴承，当量静载荷即为外载荷耳。3 .滚动轴承的静强度计算对于转速很低（n<10rmin）,基本不转、摆动或承受重载的轴承，一般不会发生疲劳点蚀，而主要是在滚动体和滚道上产生过量塑性变形，所以应按轴承的静强度来选择轴承。静强度计算公式为S0（15-7）15.4滚动轴承的选择一、类型的选择1 .轴承的载荷轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。(1)根据载荷大小选择轴承类型由于滚子轴承中主要元件间是线接触，宜用于承受较大的载荷，且承载后的变形也较小；而球轴承中主要为点接触，适合承受较轻或中等载荷。(2)根据载荷方向选择轴承类型若只承受纯径向载荷，一般选用径向接触轴承,如深沟球轴承或圆柱滚子轴承；若只受纯轴向载荷，宜选用轴向接触球轴承，如较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承，较大的纯轴向载荷可选用推力滚子轴承；若同时承受径向载荷和轴向载荷时，可选用深沟球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承或选用径向接触轴承和轴向接触轴承的组合结构。2 .轴承的转速(1)在轴承手册中列出了各类轴承的极限转速叫m值，必须使轴承在低于极限转速下工作。球轴承和滚子轴承相比较，有较高的极限转速，因此转速高时应优先选用球轴承。(2)在内径相同的条件下，外径越小，则滚动体就越轻小，运转时滚动体加在滚道上的离心惯性力就越小，因而更适用于在更高的转速下工作。故在高速时，应选用超轻、特轻及轻系列的轴承。重及特重系列的轴承，只用于低速重载的场合。(3)可以通过提高轴承的精度等级，选用循环润滑，加强对循环油的冷却等措施来改善轴承的高速性能。3 .轴承的调心性能当轴的中心线与轴承座中心线不重合或因轴受力而弯曲时,会导致轴承的内外圈轴线发生偏斜，这时应采用有一定调心性能的调心球轴承。4 .轴承的安装和拆卸为便于轴承的装拆和调整可选用内圈、外圈可分离的轴承。二、公差等级的选择对于相同型号的轴承，其精度越高价格也越高，故应根据工作需要选用合适的轴承公差等级，一般机械传动中可选用普通级（即Po）精度的轴承。三、尺寸选择当轴承的类型选定后，先求出轴承的当量动载荷（或当量静载荷），再求出基本额定动载荷C,然后根据轴承手册确定轴承的尺寸。15 .5滚动轴承的组合设计一、轴承的固定轴在正常工作时，应使轴承在轴或机座上相对固定，为了防止轴向窜动，同时考虑热胀冷缩，应当允许轴承有一定的轴向移动，所以应采用