《机械设计基础》课程教学资源（教案讲义）第24次课 滚动轴承（二）

四次课滚动轴承 (二)1.滚动轴承的寿命计算2.滚动轴承的组合设计教学要求1.掌握滚动轴承的基本额定寿命、基本额定动载荷的概念，2.熟悉寿命计算的方法；3.掌握轴向载荷的计算方法；4.掌握滚动轴承的组合设计。教学中的重点和难点：重点：滚动轴承的寿命计算：滚动轴承的组合结构设计。难点：3类和7类轴承轴向载荷的计算；滚动轴承的组合设计。教学方式与手段：充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。在教学过程中，注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。教学过程组织：复习旧课：常见的滚动轴承的类型，滚动轴承代号的含义。滚动轴承的主要失效形式。引入新课：对于一般运转的滚动轴承，容易发生的失效形式是疲劳点蚀，针对疲劳点蚀，我们主要对其进行寿命计算。基本额定寿命和基本额定动负荷（1）寿命单个轴承的寿命-轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。材料相同、尺寸相同、同一批产品，寿命都相差非常大，对材料相同、尺寸相同、同一批产品进行寿命试验，如下图所示：20R90T）15105100050未失效轴承数量/%101(2）基本额定寿命

第二十四次课 滚动轴承（二） 教学内容 1.滚动轴承的寿命计算 2.滚动轴承的组合设计 教学要求 1.掌握滚动轴承的基本额定寿命、基本额定动载荷的概念； 2.熟悉寿命计算的方法； 3.掌握轴向载荷的计算方法； 4.掌握滚动轴承的组合设计。 教学中的重点和难点： 重点：滚动轴承的寿命计算；滚动轴承的组合结构设计。 难点：3类和7类轴承轴向载荷的计算；滚动轴承的组合设计。 教学方式与手段： 充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。在教学过程中，注意突出重点，多采用启 发式教学以及教师和学生的互动。 教学过程组织： 复习旧课： 常见的滚动轴承的类型，滚动轴承代号的含义。滚动轴承的主要失效形式。 引入新课： 对于一般运转的滚动轴承，容易发生的失效形式是疲劳点蚀，针对疲劳点蚀，我们主要对其进行寿 命计算。 基本额定寿命和基本额定动负荷： （1）寿命 单个轴承的寿命－－轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。材 料相同、尺寸相同、同一批产品，寿命都相差非常大，对材料相同、尺寸相同、同一批产品进行寿 命试验，如下图所示： （2）基本额定寿命

基本额定寿命L10一一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。（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。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FR的轴承（N、NA轴承）P=FR2.对只能承受轴向载荷FA的轴承（推力球（5）和推力滚子（8））P=FA3.同时受径向载荷FR和轴向载荷FA的轴承P=XFR+YFAX一径向载荷系数，Y一一轴向载荷系数考虑冲击、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=fRFR—受FRP=fPFA—只受FAP=fP(XFR+YFA)一一同时有FR和FA载荷与寿命的关系曲线方程为：P(N)CPL10p'Lo常数3~球轴承e一寿命指数e=10/3——滚子轴承根据定义：Lo=1(10%r)，P=C（轴承所能承受的载荷为基本额定功载荷）:PLo=Ce?1

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。 （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。 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。 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FR的轴承（N、NA轴承） P=FR 2．对只能承受轴向载荷FA的轴承（推力球（5）和推力滚子（8）） P=FA 3．同时受径向载荷FR和轴向载荷FA的轴承 P=XFR+YFA X——径向载荷系数，Y——轴向载荷系数 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=fRFR ——受FR P=fPFA ——只受FA P=fP(XFR+YFA) ——同时有FR和FA 载荷与寿命的关系曲线方程为： =常数 3~球轴承 ——寿命指数 = 10/3——滚子轴承 ，P=C（轴承所能承受的载荷为基本额定功载荷） 根据定义： ∴ ∴

(106r)按小时计的轴承寿命：106CL.60nL(h)考虑当工作t>120C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f一一对C修正，则：106f,cL60nL(h)当P、n已知，预期寿命为L?，则要求选取的轴承的额定动载荷C为：60nL?PC=10f.用于选轴承型号和尺寸角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷FA的计算：FSFRFaa正路f内部轴向力（派生轴向力）该类轴承受FR一产生派生轴向力FS，：要成对使用，对称安装

（106r） 按小时计的轴承寿命： （h） 考虑当工作t>120℃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： （h） ，则要求选取的轴承的额定动载荷C为： —— 用于选轴承型号和尺寸 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷FA的计算： 内部轴向力（派生轴向力） 该类轴承受FR→产生派生轴向力FS，∴要成对使用，对称安装。 当P、n已知，预期寿命为

福正装：(1)如上图所示，若FS1-Fa>FS2，则轴有右移的趋势(轴承2被压紧，轴承1被放松)，由于轴承2右端已固定，轴不能向右移动，故右端盖必然会提供给轴承2一个力增量AFS使轴受力平衡，即FS1-Fa=FS2+△FS，由此可知：轴承1(放松端)：FAI=FS1；轴承2(压紧端)：FAII=FS2+FS=FS1-FaP(2)如上图所示，若FS1-Fa<FS2，则轴承1被压紧，轴承2被放松，左端盖必然提供一个力增量△FS使轴受力平衡，即FS1-Fa+△FS'=FS2，由此可知：轴承1(压紧端)：FAI=FS1+FS=FS2+Fa；轴承2(放松端)：FAII=FS2如果是反装，计算轴上内部轴向力和外加轴向载荷的代数和，若合力向左，则右边压紧，若合力向右，左边压紧。结论：放松端轴承的轴向载荷等于它本身的内部轴向力，压紧端轴承的轴向载荷等于除本身内部轴向力以外其余轴向力的代数和。轴向载荷FA的确定：1），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内部轴向力外，轴上其他所有轴向力的代数和。3）“放松"端轴承的轴向力等于本身的内部轴向力。滚动轴承的组合结构设计：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

正装： (1) 如上图所示，若FS1- Fa> FS2，则轴有右移的趋势(轴承2被压紧，轴承1被放松)，由于轴承2右 端已固定，轴不能向右移动，故右端盖必然会提供给轴承2一个力增量ΔFS使轴受力平衡，即FS1- Fa= FS2+ΔFS，由此可知: 轴承1(放松端)：FAⅠ= FS1 ；轴承2(压紧端)：FAⅡ =FS2+FS = FS1- Fa (2) 如上图所示，若FS1- Fa< FS2，则轴承1被压紧,轴承2被放松，左端盖必然提供一个力增量 ΔFS’使轴受力平衡，即FS1- Fa +ΔFS’ = FS2，由此可知： 轴承1(压紧端)：FAⅠ= FS1+FS’ = FS2+ Fa ；轴承2(放松端)：FAⅡ =FS2 如果是反装，计算轴上内部轴向力和外加轴向载荷的代数和，若合力向左，则右边压紧，若合力向 右，左边压紧。 结论：放松端轴承的轴向载荷等于它本身的内部轴向力，压紧端轴承的轴向载荷等于除本身内部轴 向力以外其余轴向力的代数和。 轴向载荷FA的确定： 1），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内部轴向力外，轴上其他所有轴向力的代数和。 3）"放松"端轴承的轴向力等于本身的内部轴向力。 滚动轴承的组合结构设计： 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

1）滚动支承的结构型式a、两端固定支承一一常用，结构简单，安装调整方便每个支点轴承内、外圈均单方向轴向固定。A(a)(b)Lb、一端固定（双向），一端游动适于转速较高，温差较大和跨距较大（L>350mm）A茶(a)固定支点(b)游动支点(e)游动支点C、两端游动人字齿轮高速主动轴中厅A.A(a)(b)(c)2）滚动轴承的轴向固定一般情况下是过盈配合。对游动支承，外圈与座孔应取间隙配合。3）滚动轴承游隙的调整轴承游隙的调整方法有：1）靠加减两端轴承盖与机座间的一组垫片的厚度进行调整(图a)；2）利用螺钉1通过轴承外圈压盖移动外圈位置进行调整（图b）垫事禁片a)三西4组组b图15-16轴承间隙的调整

1）滚动支承的结构型式 a、两端固定支承——常用，结构简单，安装调整方便 每个支点轴承内、外圈均单方向轴向固定。 b、一端固定（双向），一端游动——适于转速较高，温差较大和跨距较大（L>350mm） c、两端游动——人字齿轮高速主动轴 2）滚动轴承的轴向固定 一般情况下是过盈配合。对游动支承，外圈与座孔应取间隙配合。 3）滚动轴承游隙的调整 轴承游隙的调整方法有：1）靠加减两端轴承盖与机座间的一组垫片的厚度进行调整(图a)；2）利用 螺钉1通过轴承外圈压盖移动外圈位置进行调整(图b)

4）滚动轴孔的配合松紧轴承内圈与轴一一基孔制：常用：js6，j6，k6，m6，n6松一紧轴承外圈与轴承座孔一一基轴制：常用：G7，H7，JS7，J75）滚动轴承的预紧预紧的目的：1）提高旋转精度；2）增加支承刚性；3）减小振动和噪音，延长轴承寿命。预紧原理：消除轴承中轴向游隙，使滚动体与内外圈接触处产生初始变形。6）滚动轴承的装拆要求：1）压力应直接加于配合较紧的套圈上；2）不允许通过滚动体传递装拆力；3）要均匀施加装拆力一一严禁重锤直接敲击。如图所示，若轴肩高度大于轴内圈外径时，就难以放置拆卸工具的钩头。所以轴承定位轴肩的高度不能高于滚动轴承的内圈若力点轴承的拆卸对外圈拆卸要求也是如此，应留出拆卸高度h1(图a、b)或在壳体上做出能放置拆卸螺钉的螺孔(图c)

4）滚动轴孔的配合 松 ————→紧 轴承内圈与轴—— 基孔制：常用：js6，j6，k6，m6，n6 松 ————→紧 轴承外圈与轴承座孔——基轴制：常用：G7，H7，JS7，J7 5）滚动轴承的预紧 预紧的目的：1）提高旋转精度；2）增加支承刚性；3）减小振动和噪音，延长轴承寿命。 预紧原理：消除轴承中轴向游隙，使滚动体与内外圈接触处产生初始变形。 6）滚动轴承的装拆 要求：1）压力应直接加于配合较紧的套圈上；2）不允许通过滚动体传递装拆力；3）要均匀施加装 拆力——严禁重锤直接敲击。 如图所示，若轴肩高度大于轴内圈外径时，就难以放置拆卸工具的钩头。所以轴承定位轴肩的高度 不能高于滚动轴承的内圈。 轴承的拆卸 对外圈拆卸要求也是如此，应留出拆卸高度h1(图a、b)或在壳体上做出能放置拆卸螺钉的螺孔(图 c)

b)c)a)图15-21拆卸高度和拆卸螺孔7）滚动轴承的润滑目的：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。润滑方式1、脂润滑；2、油润滑；3、固体润滑8）滚动轴承的密封密封的作用：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。密封的类型：接触式密封；非接触式密封；组合式密封。毛粘围D

7）滚动轴承的润滑 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。 润滑方式1、脂润滑；2、油润滑；3、固体润滑 8）滚动轴承的密封 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。 密封的类型：接触式密封；非接触式密封；组合式密封

间隙密出奥割封2迷宫封O]7158小结：1、滚动轴承的寿命计算；2、3和7类轴承轴向载荷的计算；3、滚动轴承的支承方式；4、滚动轴承的预紧；装拆5、滚动轴承的润滑与密封。作业：教材：P253:11-10,11-11;P254:11-16j米费

小结： 1、滚动轴承的寿命计算； 2、3和7类轴承轴向载荷的计算； 3、滚动轴承的支承方式； 4、滚动轴承的预紧；装拆； 5、滚动轴承的润滑与密封。 作业： 教材： P253：11-10，11-11； P254：11-16