滚动轴承说课教案1

第十三章滚动轴承学时分配：6（一）教学要求1、掌握滚动轴承的主要类型、特点和代号；2、能进行滚动轴承的失效分析；3、能正确选择滚动轴承类型及进行寿命计算；4、了解滚动轴承的润滑、密封及组合设计。（二）教学的重点与难点重点：滚动轴承类型选择；滚动轴承部件的组合设计。难点：滚动轴承疲劳寿命计算，角接触球轴承与圆锥滚子轴承轴向载荷计算。（三）教学内容一、滚动轴承的特点滚动轴承由于是滚动摩擦，∴摩擦阻力小，发热量小，效率高，起动灵敏、维护方便，并且已标准化，便于选用与更换，因此使用十分广泛。1、滚动轴承的构造标准滚动轴承的组成：内圈1、外圈2、滚动体3（基本元件）、保持架4一般内圈随轴一起回转，外圈固定（也有相反）内外圈上均有凹的滚道，滚道一方面限制滚动体的轴向移动，另一方面可降低滚动体与滚道间的接触应力。保持架能使滚动体均匀分布以避免滚动体相互接触引起磨损与发热（图13-3）2、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：HRC60~65保持架：低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯3、滚动轴承的特点优点：1）f小起动力矩小，η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。二、滚动轴承的类型与选择1、滚动轴承的主要类型与特点接触角——外圈与滚动体接触处的法线与垂直于轴线的平面的夹角。类型——按承载方向：向心轴承——0，主要承受径向载荷，可受一定Fa，如深沟球、圆柱滚子轴承等，1、4、6、N、NA、2调心滚子等推力轴承——905（推力球），8（推力圆柱滚子）向心推力轴承——900：450—向心角接触轴子（0、3、7）9045—推力角接触轴承，2（推力调心滚子轴承）按滚动体形状：球~——承载能力低，极限转速高《机械设计》教案1滚子~——承载能力高，极限转速低注意代号结构特点：承受载荷的大小，方向，极限转速高低，是否有调心性能等特别注意最常用几种①深沟球轴承（向心球轴承）——6（0）主要承受径向载，也可受一定双向轴向载荷，f小精度高，结构简单，价格低，最常用。②调心球轴承（111）（调心滚子（2、3））——主要承受径向载荷，也可承受较小的双向轴向力，能自动调心，适于轴的刚性较差的场合。③圆柱滚子轴承——N（2）只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力大，支承刚性好，外圈或内圈可以分离，或不带内外圈，适于要求径向尺寸较小的场合。④角接触球轴承——7（6）能同时承受径向载荷和单向轴向力，接触角40,25,15，越大，承载Fa能力越高，为承受双向轴向力应成对使用，对称安装。⑤圆锥滚子轴承——3（7）能同时承受径向载荷和单向Fa，越大，承受Fa能力越大，承载能力高于角接触球轴承，但极限转速稍低，外圈可分离，一般应成对使用，对称安装，但安装调整比较麻烦。⑥推力球轴承——5（8）单向推力球轴承51000—只能受单向Fa；双向推力球轴承52000—能承受双向Fa。不能受Fr，且极限nj转速较低，高速时，由于离心力较大，钢球与保持架磨损发热较严重。⑦滚针轴承，承载能力较高2、滚动轴承的代号滚动轴承类型和尺寸规格繁多，为便于设计和选用，标准规定了用代号表示滚动轴承的类型、尺寸、结构特点及公差等级等。国家标准：GB/T272-93（向ISO靠）（替代GB272-88）前置代号（字母）基本代号（数字、字母）后置代号（字母+数字）五四三二一∣轴承分部件代号∣类型代号∣宽度系列代号∣直径系列代号∣内径代号∣内部结构代号∣密封与防尘代号∣保持架及材料代号∣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1）、基本代号——表示轴承的内径、尺寸系列和类型，最多为五位（1）轴承类型——基本代号右起五位用数字或字母表示（尺寸系列代号如有省略，则为第4位，）或基本代号左起第一位。重点：6—深沟球~；3—圆锥滚子~；5—推力球~；7—角接触球~；1—调心球；N—圆柱滚子~。（2）尺寸系列——表示轴承在结构、内径相同的条件下具有不同的外径和宽度，基本代号右起三、四位。宽度系列——右起第四位——某些宽度系列（主要为0系列和和正常系列）代号可省略直径系列——右起第三位——相同内径，不同直径系列轴承的尺寸对比如图15-10所示。（3）轴承的内径——基本代号右起一二位数字。a)d=10,12,15,17mm时代号00010203b)内径d=20~480mm，且为5的倍数时代号=d/5或d=代号×5(mm)(c)d10mm，或d500mm，及d=22，28，32mm时《机械设计》教案2代号/内径尺寸（mm）2）、前置代号——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LN2073）、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。（1）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15，25和40，E代表增大承载能力进行结构改进的增强型等，如7210B，7210AC，NU207E（2）密封、防尘与外部形状变化代号—RS——一面有骨架式橡胶密封圈（接触式）—RZ——一面有骨架式橡胶密封圈（非接触式）—Z——一面有防尘盖例：6210-2RS—FS——一面有毡圈密封字母前加数字2，则说明是两面有~R、N、NR——轴承外圈带有止动挡边、止动槽、止动槽并带止动环，例：6210N（3）轴承的公差等级精度高————————————→低公差等级24566X0代号新标准/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0旧标准BCDEXEG——普通级可省略（4）轴承的径向游隙游隙小————————→大游隙组别1，2，0，3，4，5代号/C1、/C2、/C3、/C4、/C5C1、C2——小游隙组；0——不标（基本游隙）；C3、C4、C5——大游隙组（5）保持架代号表示保持架在标准规定的结构材料外，其他不同结构型式与材料。A、B分别表示外圈引导和内圈引导J——钢板冲压Q——青铜实体M——黄铜实体保持架N——工程塑料其他在配置、振动、噪声、摩擦力矩、工作温度、润滑等方面的特殊要求的代号表示见标准GB/T272-93，或厂家的说明。例13-1，试说明下列轴承代号的含义，见P5023、滚动轴承类型的选择应根据轴承的工作载荷（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《机械设计》教案36、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——不用推力轴承而宁可用6\7两类，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）施转精度较高时，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。三、滚动轴承的受力分析、失效形式及计算准则滚动轴承的失效形式和计算准则：主要失效形式：1）疲劳点蚀——安装润滑和维护良好情况下的正常失效形式——主要的失效形式和轴承寿命计算的依据2）塑性变形——转速很低或作间歇摆动时的主要失效形式——引起振动、噪声、摩擦力矩增大，运转精度降低1）磨损——润滑不良和密封不严的情况下，或多尘条件下工作的轴承的主要失效形式。有磨磨损和粘着磨损（烧伤）2）磨损后果：轴承游隙加大，运动精度降低，振动和噪声增加。计算准则：一般轴承1）进行疲劳寿命计算（针对点蚀）；2）静强度校核。低速轴承：只进行②（静强度~）高速轴承：①进行疲劳寿命计算；②校验极限转速。全因发热引起粘着：磨损和烧伤1、基本额定寿命和基本额定动载荷1）、基本额定寿命L10轴承寿命．．．．：单个滚动轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或在一定转速下的工作小时数称~。由于材料、加工精度、热处理与装配质量不可能相同但同一批轴承在同样的工作条件下，各个轴承的寿命有很大的离散性，所以，用数理统计的办法来处理。基本额定寿命L10——同一批轴承在相同工作条件下工作，其中90%的轴承在产生疲劳点蚀前所能运转的总转数（以106为单位）或一定转速下的工作时数——失效概率10%2）、基本额定动载荷C——由试验得到，见轴承手册和样本。轴承的基本额定寿命L10=1（106转）时，轴承所能承受的载荷称~。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——角接触球轴承和圆锥滚子轴承径向位移时载荷的径向分量2、滚动轴承的当量动载荷P（实际载荷）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《机械设计》教案41）．对只能承受径向载荷R的轴承（N、NA轴承）P=R2）．对只能承受轴向载荷A的轴承（推力球（5）和推力滚子（8））P=A3．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13-5考虑冲击、振动等动载荷的影响，使轴承寿命降低，引入载荷系数fp则：P=fRR——受RP=fPA——只受AP=fP(XR+YA)——同时有R和A3、滚动轴的寿命计算公式载荷与寿命的关系曲线方程为：10LP=常数3~球轴承——寿命指数=10/3——滚子轴承根据定义：)10(1610rL，P=C（轴承所能承受的载荷为基本额定功载荷）∴110CLP∴)(10PCL（106r）按小时计的轴承寿命：)(60106PCnLh（h）考虑当工作t120℃时，因金属组织硬度和润滑条件等的变化，轴承的基本额定动载荷C有所下降，∴引入温度系数ft对C修正，则)(10PCfLt（106r）)(60106PCfnLth（h）当P、n已知，预期寿命为hL，则要求选取的轴承的额定动载荷C为1060htLnfPCN——选轴承型号和尺寸！不同的机械上要求的轴承寿命推荐使用期见表四、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷A的计算。该类轴承受R→产生派生轴向力S（表13-4），∴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12SSFa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《机械设计》教案5和轴产生一个阻止其左移的平衡力1S，使211SFSSa∴轴承1的实际轴向载荷为2111SFSSAa轴承2上的轴向力，由力的平衡条件2212SFSFFAAaaa——本身的派生轴向力（2）当12SSFa时轴有右移的趋势，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”，“2”上产生