机械设计基础轴承教案DOC.docx
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机械设计基础轴承教案DOC
授课题目
第12章轴的组合变形、轴的设计计算
教学目标
转轴的强度计算
教学重点
内容
教学方法
转轴的设计计算
讲授法
教学难点
内容
突破方法
转轴的强度计算
课堂类型
理论/实践/理实一体
授课地点
1A207
教学方法
讲授法
课时
3
授课班级
13级模具班
实施日期
12月15日
备课时间
12月
教学过程
时间分配
内容/项目/情景
教学活动形式
教学目标
3分钟
一、导课示标
导入：
转轴变形
老师讲授
学生了解转轴变形
40分钟
二、教师引领学生转轴组合变形强度条件的学习
老师讲解转轴组合变形强度校核
转轴的强度计算
转轴同时承受扭矩和弯矩，必须按弯曲和扭转组合强度进行计算。
完成轴的结构设计后，作用在轴上外载荷（扭矩和弯矩）的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定，可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。
进行强度计算时通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。
支点反力的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。
具体的计算步骤如下：
（1）画出轴的空间力系图。
将轴上作用力分解为水平面分力和垂直面分力，并求出水平面和垂直面上的支点反力。
（2）分别作出水平面上的弯矩（MH）和垂直面上的弯矩图（Mv）。
（3）计算合成弯矩。
（4）作出转矩图T。
（5）计算当量弯矩，绘出当量弯矩图
式中α是根据扭矩性质的不同而引入的修正系数。
当扭矩为脉动循环时，α=[σ-1b]/[σ0b]≈0.6；当扭矩平稳不变时，α=[σ-1b]/[σ+1b]≈0.3；当扭矩为对称循环时，α=1。
其中[σ-1b]、[σ0b]、[σ+1b]分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力，其值可查表。
（6）校核危险截面的强度。
根据当量弯矩图找出危险截面，进行轴的强度校核，公式如上。
轴的设计：
设计轴的一般步骤为：
1）选材
2）按扭转强度估算轴的最小直径
3）设计轴的结构，绘出轴的结构草图（确定轴上零件的位置和固定方法；确定各轴段直径、长度。
）
4）按弯扭合成进行轴的强度校核。
一般选2—3个危险截面进行校核。
若危险截面强度不够或强度裕度太大，则必须重新修改轴的结构。
PPT展示，老师讲授
学生掌握转轴组合变形强度校核理论
75分钟
三、老师讲解的转轴组合变形强度校核
例图示为一电动机通过一级直齿圆柱齿轮减速器带动带传动的简图。
已知电动机功率为30KW,转速n=970r/min,减速器效率为0.92，传动比i=4,单向传动，从动齿轮分度圆直径d2=410mm,轮毂长度105mm,采用深沟球轴承。
试设计从动齿轮轴的结构和尺寸。
解：
（1）求输出轴的转速与输出功率。
n2=n1/i=970/4=242.5r/min
P2=0.92*P1=0.92*30=27.6KW
（2）选择轴的材料和热处理方法。
轴采用45钢正火处理。
查表σb=600MPa。
（3）估算轴的最小直径
把各参数代入轴径计算公式中：
（4）轴的结构设计及绘制结构草图
（5）计算求垂直面、水平面的支反力
（6）绘制垂直面的弯矩图
（7）绘制合成弯矩图
（8）求轴传递的转矩
（9）求危险截面的当量弯矩
（10）按弯、扭组合作用验算轴的强度（11）键槽设计及其公差（12）确定轴的各处倒角、圆角，公差（13）绘制轴的工作图
学生掌握转轴组合变形强度校核实际计算
5分钟
四、课堂小结
梁纯弯曲时的强度条件及计算
附件（案例，任务书等）：
参考资料《机械设计基础》朱艳芳主编西南师范大学出版社
教后小记
授课教师签名：
授课题目
第13章滚动轴承的构造、材料、类型
教学目标
滚动轴承构造、材料、类型及性能特点
教学重点
内容
教学方法
滚动轴承构造
讲授法
教学难点
内容
突破方法
滚动轴承性能特点
课堂类型
理论/实践/理实一体
授课地点
1A207
教学方法
讲授法
课时
3
授课班级
13级模具班
实施日期
12月19日
备课时间
12月
教学过程
时间分配
内容/项目/情景
教学活动形式
教学目标
3分钟
一、导课示标
导入：
滚动轴承
老师讲授
学生了解滚动轴承
15分钟
二、教师引领学生对滚动轴承类型的学习
老师讲解滚动轴承类型
滚动轴承
轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。
根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承，如图所示。
径向滑动轴承
推力滑动轴承
滚动轴承（向心轴承）
滚动轴承（推力轴承）
PPT展示，老师讲授
学生掌握滚动轴承类型
20分钟
三、教师引领学生对滚动轴承结构的学习
老师讲解滚动轴承构造、材料、类型
（1）滚动轴承的结构
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。
内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内。
多数情况下，外圈不转动，内圈与轴一起转动。
当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。
保持架使滚动体均匀分布在滚道上，并减少滚动体之间的碰撞和磨损。
常常见的滚动体有6种形状，如图所示:
2.滚动轴承的类型
为满足机械的各种要求，滚动轴承有多种类型。
滚动体的形状可以是球轴承或滚子轴承；
滚动体的列数可以是单列或双列等。
表列出了一般滚动轴承（GB/T272-93）的类型及特性。
常用滚动轴承的类型、代号及特性
轴承类型
轴承类型简图
类型代号
标准号
特性
调心
球轴承
1
GB/T281
主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双向轴向载荷。
外圈滚道为球面，具有自动调心性能，适用于弯曲刚度小的轴。
调心滚
子轴承
2
GB/T288
用于承受径向载荷，其承载能力比调心球轴承大，也能承受少量的双向轴向载荷。
具有调心性能，适用于弯曲刚度小的轴。
圆锥滚
子轴承
3
GB/T297
能承受较大的径向载荷和轴向载荷。
内外圈可分离，故轴承游隙可在安装时调整，通常成对使用，对称安装。
双列深
沟球轴承
4
-
主要承受径向载荷，也能承受一定的双向轴向载荷。
它比深沟球轴承具有更大的承载能力。
推力
球轴承
单向
5（5100）
GB/T301
只能承受单向轴向载荷，适用于轴向力大而转速较低的埸合。
双向
5（5200）
GB/T301
可承受双向轴向载荷，常用于轴向载荷大、转速不高处。
深沟
球轴承
6
GB/T276
主要承受径向载荷，也可同时承受少量双向轴向载荷。
摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用最广泛。
角接触
球轴承
7
GB/T292
能同时承受径向载荷与轴向载荷，接触角α有15°、25°、40°三种。
适用于转速较高、同时承受径向和轴向载荷的场合。
推力圆柱
滚子轴承
8
GB/T4663
只能承受单向轴向载荷，承载能力比推力球轴承大得多，不允许轴线偏移。
适用于轴向载荷大而不需调心的场合。
圆柱滚
子轴承
外圈无
挡边圆
柱滚子
轴 承
N
GB/T283
只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷。
承受载荷能力比同尺寸的球轴承大，尤其是承受冲击载荷能力大。
学生掌握滚动轴承结构
22分钟
四、教师引领学生对滚动轴承代号的学习
滚动轴承的代号表示方法
代号用途:
代表象征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等，代号由国家标准GB/T272-93规定。
代号的构成：
前置代号——表示轴承的分部件
基本代号——表示轴承的类型与尺寸等主要特征
后置代号——表示轴承的精度与材料的特征
轴承代号的组成如下表所示：
前置代号
基本代号
后置代号
轴承的分
部件代号
五
四
三
二
一
内
部
结
构
代
号
密
封
与
防
尘
结
构
代
号
保
持
架
及
其
材
料
代
号
特
殊
轴
承
材
料
代
号
公
差
等
级
代
号
游
隙
代
号
多
轴
承
配
置
代
号
其
它
代
号
内径代号：
一般情况下轴承内径用轴承内径代号（基本代号的后两位数）×5=内径（mm），例：
轴承6204的内径是04×5=20mm。
常见特殊情况：
㈠当轴承内径小于20mm
轴承内径尺寸为（mm）
10
12
15
17
对应内径代号为
00
01
02
03
㈡当轴承内径小于10mm，直接用基本代号的最后一位表示轴承内径尺寸；例：
轴承608Z，用基本代号‘608’的最后一位8作内径尺寸，轴承608Z的内径为8mm。
以此类推627的内径为7mm，634的内径为4mm。
㈢轴承的内径不是5的倍数或者大于等于500mm，内径代号用斜杠‘/’隔开。
另一种情况：
有部分滚针轴承旧代号内径代号直接用‘/’隔开。
这几种情况‘/’后边的几位数值为轴承内径尺寸。
见下表示例：
轴承型号
619/1.5
62/22
60/500
3519/1120
7943/25
内径尺寸（mm）
1.5
22
以上是几种轴承内径常见的表示方法，国际上有些公司的代号都不尽相同；要以
实际情况为准。
具体要参考各种资料和各厂家样本。
尺寸系列代号：
用于表达相同内径但外径和宽度不同的轴承，见图。
外径系列代号：
特轻（0,1）,轻
（2）,中（3）,重（4）
宽度系列代号：
一般正常宽度为“0”,通常不标注。
但对圆锥滚子轴承（7类）和调心滚子轴承（3类）等类型不能省略“0”
6010为轻薄系列，应用于轻载荷、高转速；6210是轻型系列，轻型负荷转速最合理，是应用面最广的类型；6310是中重型系列；6410是重系列，用于重载低速。
中型和中重型应用最广，如各类机械传动部件、中小型电动机、流水线传送带、摩托车等等各种机械设备几乎都有用到这两种类型。
类型代号：
应记住常用的轴承代号：
3,5,6,7,N五类，对应老代号为7，8，0，6，2类。
公差等级代号见表。
游隙代号：
游隙代号分六级以/C1/C2/C3/C4/CM为代号，CM为电机用轴承游隙组，其他游隙组数值越大游隙就越大；C0为基础组游隙不标注。
选择轴承游隙要充分考虑轴承安装孔和轴承与轴的配合公差及温度，详请参考GB/T4604标准。
学生掌握滚动轴承代号
20分钟
五、学生完成滚动轴承代号的解读、老师总结
代号方法示例：
例①6308 6--深沟球轴承，3--中系列，08--内径d=40mm，公差等级“O”级、游隙组为“0”组都不标注；
例②N105/P5 N--圆柱滚子轴承，1--特轻系列，05--内径d=20mm，公差等级为5级，游隙组为“0”组不标注；
例③7214C/P4 7--角接触球轴承，2--轻系列，14--内径d=70mm，C--公称接触角α=15°，P4--公差等级为4级，游隙组为“0”组；
例④30213 3--圆锥滚子轴承，0--正常宽度（0不可省略），2--轻系列，13--内径d=65mm，公差等级为0级，游隙组为“0”组；
20分钟
六、教师引领学生对滚动轴承失效形式的学习
老师讲解滚动轴承支承结构
1.滚动轴承的支承结构类型
（1）两端固定式
（2）一端固定、一端游动式
2.滚动轴承的轴向固定
从上面各图可以看到,内圈和外圈的轴向定位。
3.轴承轴向位置的调整
4.滚动轴承的配合与装拆
（1）滚动轴承的配合
由于滚动轴承是标准件，因此内圈与轴采用基孔制。
n6、m6、k6、js6。
外圈与箱体座孔采用基轴制。
J7、J6、H7、G7。
（2）滚动轴承的安装与拆卸
装轴承
装润滑脂
PPT展示，老师讲授
学生掌握滚动轴承失效形式
20分钟
七、教师引领学生对滚动轴承的润滑及密封的学习
老师讲解滚动轴承的润滑 、密封
（1）滚动轴承的润滑 滚动轴承常用的润滑剂有润滑脂、润滑油及固体润滑剂。
润滑方式和润滑剂的选择，可根据轴颈的速度因数dn的值来确定。
最常用的滚动轴承润滑剂为润滑脂。
脂润滑适用于dn值较小的场合，其特点是润滑脂不易流失、便于密封、油膜强度较高，故能承受较大的载荷。
各种润滑方式下轴承的允许dn值（mm.r/min）
脂润滑
油润滑
油浴润滑
滴油润滑
循环油润滑
喷雾润滑
深沟球轴承
160000
250000
400000
600000
＞600000
调心球轴承
160000
250000
400000
角接触球轴承
160000
250000
400000
600000
＞600000
圆柱滚子轴承
120000
250000
400000
600000
圆锥滚子轴承
100000
160000
230000
300000
调心滚子轴承
80000
120000
250000
推力球轴承
40000
60000
120000
150000
注：
d——轴承内径（mm）;n——轴承转速（r/mm）
（2）滚动轴承的密封对轴承进行密封是为了阻止灰尘、水、和其它杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失。
滚动轴承的密封一般分为接触式密封、非接触式密封和组合式密封。
各种密封装置的结构、特点及应用见表。
常用滚动轴承的密封形式
密封类型
图例
适用场合
说明
接触式密封
毛毡圈密封
脂润滑。
要求环境清洁，轴颈圆周速度不大于4～5m/s,工作温度不大于900C
矩形断面的毛毡圈被安装在梯形槽内，它对轴产生一定的压力而起到密封作用
皮碗密封
脂或油润滑。
圆周速度＜7m/s，工作温度不大于1000C
皮碗是标准件。
密封唇朝里，目的是防漏油；密封唇朝外，防灰尘、杂质进入
非接触式密封
油沟式密封
脂润滑。
干燥清洁环境
靠轴与盖间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙0.1～0.3mm
迷宫式密封
脂或油润滑。
密封效果可靠
将旋转件与静止件之间间隙做成迷宫形式，在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果
组合密封
脂或油润滑
这是组合密封的一种形式，毛毡加迷宫，可充分发挥各自优点，提高密封效果。
组合方式很多，不一一列举
学生掌握滚动轴承的润滑、密封
附件（案例，任务书等）：
参考资料《机械设计基础》朱艳芳主编西南师范大学出版社
教后小记
授课教师签名：
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