机械设计大全7.docx

1、机械设计大全7第一讲一、教学目标（一）能力目标能判断常用滚动轴承的类型；理解其代号的含义；会选用滚动轴承（二）知识目标1.了解滚动轴承的类型、特点，掌握滚动轴承的代号2.掌握滚动轴承的选择二、教学内容滚动轴承的类型、代号及选用三、教学的重点与难点重点：滚动轴承的类型、特点及代号。难点：滚动轴承类型的选择。四、教学方法与手段采用多媒体教学（加动画演示），结合教具，提高学生的学习兴趣。14.1 轴承的功用和类型轴承的功用：支承轴及轴上的旋转零件，使其回转并保证一定的旋转精度，减少相对摩擦和磨损。轴承的分类：按摩擦的性质分，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承。 滑动轴承 滚动轴承 14.2 滚动轴承的组成

2、、类型及特点滚动轴承是标准件，由专业工厂生产。设计时只需根据轴承工作条件选用合适的类型和尺寸的滚动轴承，进行寿命计算，并对轴承的安装、润滑、密封给予合理设计和安排。滚动轴承的特点优点：1）f小起动力矩小，高；2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）；3）轴向尺寸小；4）某些轴能同时承受Fr和Fa，使机器结构紧凑；5）润滑方便、简单、易于密封和维护；6）互换性好（标准零件）缺点：1）承受冲击载荷能力差；2）高速时噪音、振动较大；3）高速重载寿命较低；4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）应用：广泛应用于中速、中载和一般工作条件下运转的机械设备。14.2.1 滚动轴承的组成滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动

3、体和保持架所组成。 球球轴承滚动体的形状 短圆柱形 柱形 长圆柱形 螺旋滚子 滚柱轴承 圆锥滚子 鼓形滚子 滚针保持架是使滚动体等距分布，并减少滚动体间的摩擦和磨损。滚动轴承的材料：内、外圈、滚动体GCr15、GCr15-SiMn等轴承钢，热处理后硬度HRC6065；保持架：低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯。14.2.2 滚动轴承的基本类型及特点接触角：滚动体与外圈内滚道接触点的法线方向与轴承径向平面所夹的角。 滚动轴承按能承受的负荷方向或公称接触角不同，可分为向心轴承和推力轴承。向心轴承又可以分为径向接触轴承（0）和角接触向心轴承（045）推力轴承又可以分为轴向接触轴承（90）和角接触推力轴

4、承（4590）径向接触轴承：只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷；角接触向心轴承：既能承受径向载荷，也能承受一定的轴向载荷；轴向接触轴承：只能承受轴向载荷，不能承受径向载荷；角接触推力轴承：既能承受轴向载荷，也能承受一定的径向载荷14.3 滚动轴承的代号滚动轴承是标准件，GB272T-93规定了轴承代号的表示方法。轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号三部分构成。14.3.1 基本代号由类型代号、尺寸系列代号和内径代号组成。类型代号由一位(或两位)数字或英文字母表示，其相应的轴承类型参阅设计手册。尺寸系列代号由两位数字组成。前一个数字表示向心轴承的宽度或推力轴承的高度；后一个数字表示轴承的外径。

5、直径系列代号为7表示超特轻；8、9表示超轻；0、1表示特轻；2表示轻；3表示中；4表示重；5表示特重；宽度系列代号为0表示窄型；1表示正常；2表示宽；3、4、5、6表示特宽。内径代号由数字组成。当轴承的内径在20480范围内(22、28、32除外)，用内径的毫米数除以5的商数表示；内径为10，12，15，17的轴承内径代号分别为00，01，02，03；内径为22，28，32和尺寸等于或大于500的轴承，其内径代号直接用公称内径毫米数表示，但在与尺寸系列代号之间用“”分开；内径小于10的轴承内径代号表示方法可查阅GB272T93。14.3.2 前置代号前置、后置代号是轴承在结构形状、尺寸、公差、

6、技术要求等有改变时，在其基本代号左右添加的补充代号。表示轴承的分部件，用字母表示。L可分离轴承的可分离内圈或外圈如LN207K轴承的滚动体与保持架组件K81107R不带可分离内圈或外圈的轴承，如RNU207NU表示内圈无档边的圆柱滚子轴承WS、GS分别为推力圆柱滚子轴承的轴圈和座圈，如WS81107、GS81107。后置代号反映轴承的结构、公差、游隙及材料的特殊要求等，共8组代号。内部结构代号反映同一类轴承的不同内部结构例：C、AC、B代表角接触球轴承的接触角，和，E代表增大承载能力进行结构改进的增强型等，如7210B，7210AC，NU207ER、N、NR轴承外圈带有止动挡边、止动槽、止动槽

7、并带止动环，例：6210N轴承的公差等级代号 新标准 /P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0旧标准 B C D EX E G普通级可省略例：轴承61710P66一深沟球轴承1一宽度系列为正常7一直径系列为超特轻10一内径为50P6一公差等级为6级。14.4 滚动轴承类型选择在选择轴承类型时，根据轴承的结构及性能特点，选择合理的类型。14.4.1 载荷条件轴承承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。1、载荷的方向当轴承承受纯径向载荷时，可选用向心轴承中的径向接触轴承；受纯轴向载荷时，可选用推力轴承；当径向载荷和轴向载荷都比较大时，宜选用角接触轴承。要注意内外圈可分离的短圆柱

8、滚子轴承不能承受轴向力。2、载荷大小承受较大载荷时，应选用线接触的滚子轴承。3、载荷性质有冲击载荷时宜选用滚子轴承。14.4.2 转速条件球轴承比滚子轴承有较高的极限转速，高速或要求旋转精度高时，应优先选用球轴承。高速轻载时，宜选用超轻，特轻或轻系列轴承；低速、重载时，可采用重和特重系列轴承。14.4.3 调心性能轴承内外圈轴线间的偏斜角应控制在极限值之内，否则会增加轴承的附加载荷而使其寿命降低。当偏斜角较大时，可选用调心轴承。14.4.4 安装、调整性能为便于安装、拆卸和调整轴承间隙，常选用外圈可分离的轴承。14.4.5 经济性一般球轴承比滚子轴承便宜，同型号轴承，精度越高，价格越贵。小结1

9、、滚动轴承的组成、类型及特点2、滚动轴承的代号3、滚动轴承类型的选用作业与思考： 1、滚动轴承的主要类型有哪些？各有什么特点？2、试说明下列各轴承的内径有多大？哪个轴承的公差等级最高？哪个允许的极限转速最高？哪个承受径向载荷能力最大？哪个不能承受径向载荷？6208/P2、30208、5308/P6、N22083、何谓滚动轴承的基本额定寿命？何谓当量动载荷？如何计算？4、滚动轴承失效的主要形式有哪些？计算准则是什么？第二讲一、教学目标（一）能力目标1.能合理的选择常用滚动轴承2.具有组合设计的能力（二）知识目标1.掌握滚动轴承的基本额定寿命、基本额定动载荷及寿命计算2.熟悉滚动轴承的组合设计二、

10、教学内容1.滚动轴承的失效形式及设计准则 2.滚动轴承的寿命计算 3.滚动轴承的组合设计 三、教学的重点与难点重点：滚动轴承的寿命计算。难点：滚动轴承的组合设计。四、教学方法与手段采用多媒体教学，结合图片及实物讲授，提高学生的学习兴趣。14.5 滚动轴承的工作情况分析及计算14.5.1 滚动轴承的失效形式1、点蚀轴承工作时，滚动体和内、外套圈之间产生相对运动，在负荷作用下，滚动体和内、外套圈的接触处产生循环变化的接触疲劳应力。长期工作会产生点蚀破坏，使轴承运转时产生振动、噪声，乃至丧失运转精度。2、塑性变形低速轴承和间歇摆动轴承，一般不会产生疲劳点蚀破坏，但在过大的冲击负荷或静负荷下，滚道和滚

11、动体会出现不均匀的永久塑性变形凹坑，增大摩擦，降低运转精度。3、磨损 在多粉尘或润滑不良条件下，滚动体和套圈的工作面产生磨损。速度过高时还会出现胶合、表面发热甚至滚动体回火。其他还有因安装、拆卸、维护不当引起的元件断裂、锈蚀、化学腐蚀等。14.5.2 设计准则1、对回转的滚动轴承，最主要的失效形式是疲劳点蚀破坏。一般情况下，均应进行轴承的寿命计算。2、对低速轴承或摆动轴承，要求控制其塑性变形，应进行静强度计算。负荷较大或有冲击负荷的回转轴承，亦应进行静强度计算。3、对高速轴承，主要是由于发热而引起的磨损、烧伤失效，除需要进行寿命计算外，还应验算极限转速。14.5.3 滚动轴承的寿命计算1、基本

12、额定寿命和基本额定动负荷（1）寿命滚动轴承任一元件的材料首次出现疲劳点蚀前的总转数或在某一给定的恒定转速下的运转小时数。（2）基本额定寿命一批型号相同的轴承，在相同的运转条件下，其中90在疲劳点蚀前能运转的总转数或在给定转速下所能运转的总工作时数。其可靠度为90，以符号L10或Lh10表示。（3）基本额定动负荷轴承的基本额定寿命为一百万(106)转时所能承受的最大负荷为轴承的基本额定动负荷，以Cr表示。在基本额定动载荷作用下，轴承可以转106转而不发生点蚀失效的可靠度为90%。 纯径向载荷向心轴承基本额定动载荷C 纯轴向载荷推力轴承 指引起套圈间产生相对径向位移时载荷的径向分量角接触球轴承和圆

13、锥滚子轴承2、当量动载荷定义：将实际载荷转换为作用效果相当并与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的假想载荷，该假想载荷称为当量动载荷P。理解为：在当量动载荷P作用下的轴承寿命与实际联合载荷作用下的轴承寿命相同（1）对只能承受径向载荷R的轴承（N、NA轴承）P=R（2）对只能承受轴向载荷A的轴承（推力球（5）和推力滚子（8）P=A（3）同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承P=XR+YAX径向载荷系数，Y轴向载荷系数，X、Y见表14.133、向心角接触轴承轴向力的计算该类轴承受R产生派生轴向力S，所以要成对使用，对称安装（1）派生轴向力大小方向：a)正装（面对面），支点跨距小，适合于传动零件位于两支

14、承之间；b)反装（背靠背），实际支距变大，适合于传动零件处于外伸端（2）实际轴向载荷A的确定1）当时轴有向左移动的趋势，使轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，压紧的轴承1外圈通过滚动体将对内圈和轴产生一个阻止其左移的平衡力，使轴承1的实际轴向载荷为轴承2上的轴向力，由力的平衡条件本身的派生轴向力2）当时轴有右移趋势，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”，“2”上产生一个平衡力，使轴承2实际所受的轴向力为轴承1实际所受的轴向力，由力的平衡条件本身派生轴向力结论：实际轴向力A的计算方法1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。2）“压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力

15、外，轴上其他所有轴向力代数和。3）“放松”端轴承的轴向力等于本身的派生轴向力4、滚动轴承的寿命计算轴承的负荷P与寿命L之间的关系曲线如图所示，其方程式为PL10=常数式中 P当量动负荷（N）L10基本额定寿命（106r）寿命系数，球轴承=3，滚子轴承=10/3。已知轴承基本额定寿命为一百万转（1106r）时的基本额定动载荷为Cr，由此得寿命公式若以工作时数表示寿命，得式中 n轴承的工作转速（r/min）；fp负荷系数，考虑机器工作时的振动冲击对负荷的修正，轴承寿命计算后应满足LhLh 14.5.4 滚动轴承的静强度计算基本额定静载荷C0：取决于正常运转时轴承允许的塑性变形量，即受载最大的滚动体

16、与滚道接触处中心处引起的接触应力达到一定值例，调心球：4600Mpa；其他球轴承：4200Mpa；滚子轴承：4000Mpa 轴承的当量静载荷（假想载荷）：在当量载荷作用下轴承的塑性变形量与实际载荷作用下轴承的塑性变形量相同。R、A轴承所受的实际径向和轴向载荷X0、Y0静径向和轴向载荷系数如果P00.1C，轴承受联合载荷时，润滑情况变坏，应对极限转速进行修正，这时轴承实际许用转速为f1载荷系数f2载荷分布系数如果措施：1.改进润滑；2.改善冷却条件；3.提高轴承精度；4.适当增大游隙；5.改变轴承和保持架的材料（采用特殊材料）14.6 滚动轴承的选择14.6.1 滚动轴承类型的选择应根据轴承的工

17、作载荷（大小、方向和性质）、转速高低、支承刚性、安装精度、结合各类轴承的特性和应用经验进行综合分析，确定合适的轴承。几条基本原则：1、 n高，载荷小，要求旋转精度高采用球轴承 ； n低，载荷大，或有冲击载荷时采用滚子轴承但滚子轴承对轴线偏斜较敏感。2、主要受径向载荷Fr时用向心轴承；主要受轴向载荷Fa，n不高时用推力轴承；同时受Fr和Fa均较大时可采用角接触球轴承7类（n较高时）或圆锥滚子轴承3类（n较低时）；Fr较大，Fa较小时深沟球；Fa较大，Fr较小时深沟球+推力球轴承组合，或推力角接触轴承。3、要求nnlim极限转速6、7、N极限转速较高；推力轴承极限转速较低，只受Fa而n较高时不用推

18、力轴承而宁可用67两类，球轴承极限转速高于滚子轴承，轻系列极限转速高于中或重系列轴承。4、当轴的刚性较差或轴承孔不同心时宜用调心轴承。5、为便于装拆和间隙调整，可选用内、外圈不分离的轴承。6、6、7两点轴承一般应成对使用，对称安装。7、旋转精度较高时，应选用较高的公差等级和较小的游隙；转速较高时，应选用较高的公差等级和较大的游隙；公差等级越高，轴承价格越贵；滚子轴承价格高于球轴承，深沟球轴承价格最低8、优先考虑用普通公差等级的深沟球轴承。14.6.2 轴承的公差等级 精度高 低 公差等级 2 4 5 6 6X 0 新标准 /P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0旧标准 B C D EX

19、 E G普通级可省略14.7 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合结构设计包括：轴承的固定、调整、预紧、配合、装拆、润滑和密封等问题。14.7.1 滚动轴承的固定1、周向固定目的：保证轴承受力后，其内圈与轴颈、外圈与座孔之间不产生相对圆周运动。方法：轴承内圈与轴颈配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔配合采用基轴制，并选择合适的配合。2、轴向固定目的：保证轴上零件受到轴向力作用时，轴和轴承不致产生轴向相对移动。内圈与轴：1）轴肩2）轴用弹性档圈A不大、n不高时3）轴端档圈+紧固螺钉n较大、A中等4）圆螺母+止动垫圈A较大、n较高5）开口圆锥紧定套+圆螺母和止动垫圈适于光轴上球面轴承。外圈与座孔：1）孔

20、用弹性档圈A不大时2）轴承外圈止动槽内嵌入止动环固定3）轴承盖A较大，n较高时4）轴承座孔凸肩5）螺纹环6）轴承套环适于同一轴上两轴承外径不同时。14.7.2 轴组件的轴向固定1、双支点单向固定（两端固定式）两个支承分别限制轴的单向移动，此种结构适用于工作温度变化不大的短轴。2、单支点双向固定（一端固定，一端游动式）一个支承限制轴的双向移动，另一个支承可以沿轴向移动。当轴在工作温度较高的条件下工作或轴细长时，为弥补轴受热膨胀时的伸长，常采用一端轴承双向固定、一端轴承游动的结构形式。3、两端游动两个支承都采用外圈无挡边的圆柱滚子轴承，轴承的内、外圈各边都要求固定，以保证轴能在轴承外圈的内表面作轴

21、向游动。这种支承适用于要求两端都游动的场合。14.7.3 滚动轴承支承的调整轴承组合位置的调整，包括轴承间隙的调整和轴系的轴向位置的调整。轴承间隙的调整方法很多，最常见的是用增减轴承盖与箱体间的垫片来调整。轴系位置的调整是为了保证轴上零件获得正确的位置。轴向位置的调整是通过在轴两端的轴承盖处增减垫片实现的。14.7.4 轴承组合支承部分的刚度和同轴度安装轴承的轴承座孔处的壁厚应适当加大或设加强肋，保证支承刚度。 为保证同一轴上各轴孔的同轴度，箱体一般采用整体铸造的方法生产，并采用直径相同的轴承孔一次加工。14.7.5 滚动轴承的预紧预紧的目的是：提高轴承的旋转精度，增加轴承的组合刚性，减小轴在

22、运转时的振动和噪声。轴承预紧方法：在轴承外圈(或内圈)之间加金属垫片或将外圈(或内圈)磨窄来实现，也可以通过调整两轴之间隔套的宽度等方法来获得。 14.7.6 轴承的安装与拆卸安装轴承时，可用压力机，也可在内圈上加套后用锤子均匀敲击装入轴颈；对精度要求较高的轴承，还可采用热配法，将轴承放在不到100C的油中加热后，再装入。轴承的拆卸则要用专门的拆卸工具。14.7.7 轴承的润滑与密封（一）轴承的润滑轴承的润滑的目的：1）降低摩擦和磨损；2）散热；3）缓冲、吸振、降低噪音；4）防锈和密封。密封的作用：1）防止内部润滑剂流失；2）防止外部灰尘和水分、杂质的侵入。轴承中常用的润滑剂是润滑油和润滑脂。

23、1、脂润滑承载大，不易流失，结构简单，密封和维护方便，但Ff大，易于发热。适合于不便经常维护，转速不太高的场合。一般润滑剂的填充量1/31/2轴承空间。常用钙基脂（T65），钠基脂、钙钠基脂（T较高），n较高时，锂基脂。2、油润滑油润滑冷却效果较好，f较小，但供油系统和密封装置均较复杂，适于高速场合。润滑方式有；油浴或飞溅润滑、滴油润滑、喷油润滑、油雾润滑等润滑油粘度的选择：1）载荷大，n低，工作温度高时用粘度大的润滑油2）载荷小，dn大，用粘度低的润滑油，搅油损失小，冷却效果好。（二）轴承的密封密封的目的：防止灰尘、水分和杂物侵入轴承内，并阻止润滑剂的流失。1、接触式密封适于低速，为防止磨损

24、，要求接触处表面粗糙度小于R1.60.8毡圈密封轴承盖上梯形槽内放置矩形剖面细毛毡，适合于V45m/s，轴承脂润滑的密封橡胶油封（标准件、较常用）耐油橡胶制唇形密封圈靠弹簧压紧在轴上，唇向外防灰法，唇向里防油流失，组合放置同时起防灰和防油流失的作用。油封有：J型、U型和O型，适合于v12m/s2、非接触式密封与轴不直接接触，适合于高速油沟密封（间隙密封）轴与盖之间约0.10.3mm间隙，盖上车出沟槽，槽内充满润滑脂，结构简单，适于v56m/s甩油密封轴上开沟槽，将欲外流的油沿径向甩开，再经轴承盖上集油腔及油孔流回轴承；挡油环式甩油盘利用离心力甩去档油环上的油，让其流回油箱内，以防油冲入轴承内。

25、适于轴承脂润滑。曲路密封（迷宫密封）将旋转和固定的密封零件间的间隙制成曲路形式，缝隙间填入润滑脂，加强密封效果密封效果较好，适于油和脂沟滑v1.5轴承，可避免轴弯曲变形或轴承孔倾斜时造成轴颈与轴瓦两端边缘接触加剧磨损和发热。特点：轴瓦外表面做成球面。4、调隙式滑动轴承外表面为圆锥面的轴套上开一个缝口，另在圆周上开三个槽（以减小刚性），使之易变形，轴瓦两端各装一个调节螺母，通过松紧调节螺母3.5，使锥形轴套轴向移动，从而调整轴套与轴间的间隙用于一般机床主轴。（二）推力滑动轴承推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成，用于承受轴向载荷。常用的轴颈形式有：实心端面轴颈、空心端面轴颈、单环轴颈和多环轴颈。实心端面轴颈由于工作时轴心与边缘磨损不均匀, 以致轴心部分压强极高, 所以很少采用。空心端面轴颈与环状轴颈的推力轴承工作情况较好。 14.8.3 轴瓦的结构和滑动轴承的材料轴瓦的形式：整体式、剖分式结构：单金属；双金属（有轴承衬12层）；三金属；钢青铜轴承衬整体式轴瓦轴套部分式轴瓦：厚壁轴瓦（铸造形成）、薄壁轴瓦（用双金属板连续轧制，质量好，成本低，但轴瓦刚性差在汽车发动机、柴油机上应用广泛）。轴承衬厚度S0.5mm时，