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课时授课计划第六十三次课【教学课题】：§14-11 滚动轴承的组合设计【教学目的】：掌握滚动轴承的组合设计的内容，方法【教学重点及处理方法】：滚动轴承的组合设计的内容，方法处理方法：详细讲解【教学难点及处理方法】：轴承的组合设计的内容，方法处理方法：举例讲解【教学方法】: 讲授法【教具】：课件【时间分配】：引入新课5min新课80 min小结、作业5min第六十三次课【提示启发引出新课】经过寿命计算选定了轴承的类型，如果没有合理的结构保证，则可能使轴承在工作时由于设计的一些理想条件得不到保证而不能在设计寿命内正常工作，甚至提前失效。
因此必须在轴承的组合设计中考虑这些问题。
【新课内容】§14-11 滚动轴承的组合设计一、轴承的配置1、正安装（面对面配置）两轴承外圈窄端面相对。
此方式结构简单，装拆、调整方便，但当轴受热膨胀时，轴承游隙会减小，所以应注意轴向游隙的调整，以防卡死。
适合于传动零件在两轴承之间的场合。
一般机器中多采用正安装。
2、反安装（背对背配置）两轴承外圈窄端面相背。
此方式轴系刚度较好，但结构复杂，装拆、调整不便，在轴受热伸长时，轴承的游隙会增大。
适合于传动零件处于外伸端的场合。
二、滚动轴承支承的轴系结构滚动轴承的基本结构有三种基本类型。
1、双支点单向固定支承每个轴承内、外圈沿轴向只有一个方向受约束。
也叫两端固定。
2、单支点双向固定支承一个支承限制轴的双向轴向位移（称固定支承），另一个支承可沿轴向移动（称游动支承），不能承受轴向负荷。
适合于工作温度较高和支点跨距较大的场合。
3、双支点游动支承两个支承均无轴向约束，又称两端游动支承。
常用于人字齿轮场合，以防齿轮卡死和人字齿两侧受力不均匀。
三、滚动轴承的固定1、周向固定其作用是保证轴承受力后，轴承的内圈与轴颈、外圈与座孔之间不致于产生相对圆周运动。
利用外圈与轴承座孔、内圈与轴颈之间的配合进行固定；以轴承为基准件。
轴承内孔与轴颈采用基孔制，外径和座孔采用基轴制配合；转动圈比坚定圈紧。
第十六章滚动轴承（一）教学要求1、掌握常用滚动轴承的类型与特点，了解其受载及失效情况2、掌握寿命计算方法和滚动轴承，组合结构设计的方法与原则（二）教学的重点与难点1、滚动轴承的类型、特点、代号，滚动轴承的疲劳点蚀2、寿命计算、当量动、静载荷，滚动轴承的组合结构设计（三）教学内容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。
一、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。
球——滚珠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二、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。
§16-1 滚动轴承的基本类型与特点一、滚动轴承的主要类型与特点接触角α——如表16-1，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：12向心轴承——1、径向轴承（°=0α），主要承受径向载荷，可受一定Fa ，如深沟球。
2、向心角接触轴承)450(°≤<°α（0、3、7）推力轴承——1、°=90α（如表16-1）5（推力球），8（推力圆柱滚子） 2、推力角接触轴承（°<<°9045α）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 滚子~——承载能力高，极限转速低 常用滚动轴承的类型与特性见表16—2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。
滚动轴承的组合设计组合设计的内容包括：1）固定 2）调整 3）配合与装拆 4）润滑与密封。
组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能。
1.滚动轴承的轴向固定实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力，防止轴系发生轴向蹿动。
常用两种固定方法：1）两端固定这是最常见的固定方式，两个轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。
适合于工作温升不高的短轴（跨距 L ≤ 400 mm），考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙 C （对于深沟球轴承：C=0.2-0.4mm；对于向心角接触轴承：其轴向间隙可在轴承内部调整，其值比深沟球轴承小得多）。
2）一端固定、一端游动适合于工作温升高的长轴（跨距 L ＞ 400 mm），固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力，游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力，当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动，避免轴承受到附加载荷作用，防止轴承卡住。
A轴向力，R径向力。
注意：固定支点的内圈亦需进行轴向固定。
2.滚动轴承组合的调整1）间隙的调整与控制为保证轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的游隙或间隙。
垫片调整：通过增、减垫片厚度来调整间隙。
螺钉调整：用于轴向力不是太大的轴承组合。
2）轴系部件位置的调整使轴上零件处于准确的工作位置（通常用垫片调整）。
3.滚动轴承的配合及装拆1）滚动轴承的配合内圈与轴颈：采用基孔制，孔的配合代号不用标注。
外圈与座孔：采用基轴制，轴的配合代号不用标注。
配合的选取原则：转动套圈、速度高、受载大、工作温度变化大——选较紧的配合（过盈）；不动套圈、常拆轴承——选较松的配合（间隙）。
2）滚动轴承的装拆轴肩高度应低于内圈厚度；轴肩开槽。
4.滚动轴承的润滑及密封润滑的目的：减少摩擦磨损、冷却、吸振、防锈。
密封的目的：防尘、防水、防止润滑剂流失。
转速不高时用接触式密封；转速较高时用非接触式密封。
滚动轴承的组合结构设计尹庆玲[摘要] 笔者根据多年的教学经验，从滚动轴承的轴向固定定位、调整、装配和拆卸、润滑和密封四方面阐述了滚动轴承的组合结构设计。
[关键词] 滚动轴承轴向固定定位调整装配和拆卸润滑和密封[作者简介] 尹庆玲，女，柳州运输职业技术学院机电工程系讲师。
广西柳州，545007在《机械设计基础》课程教学中，滚动轴承装置设计这部分内容是生产一线技术人员直接接触最为广泛的实际问题。
而传统教学中对此却不太重视，因此，把轴承的固定、装拆、调整、润滑、密封等实践性很强的技术问题重新整合为轴承的组合结构设计，使结构设计与工程实际技术问题紧密结合。
一、轴承的轴向固定定位为保证滚动轴承轴系能正常传递轴向力且不发生窜动，在轴上零件定位固定的基础上，必须合理地设计轴系支点的轴向固定结构。
典型的结构形式有三类：（一）两端固定工作温度变化不大和支承跨距较小（跨距L<400mm）的短轴，宜采用两端都单向固定的形式，如图1所示。
利用轴上两端轴承各限制一个方向的轴向移动，合在一起就可以限制轴的双向移动，轴的热伸长量可由轴承自身的游隙进行补偿，或用调整垫片调节，。
321图1（二）一端固定，一端游动当轴较长或工作温度较高时，轴的热膨胀收缩量较大，宜采用一端双向固定、一端游动的结构，如图2所示。
固定端由单个轴承或轴承组承受双向轴向力，而游动端则保证轴伸缩时能自由游动。
（三）两端游动要求能左右双向游动的轴，可采用两端游动的轴系结构。
如图3所示，为人字齿轮传动的高速主动轴，为了自动补偿轮齿两侧螺旋角的误差，使轮齿受力均匀，采用允许轴系左右少量轴向游动的结构，故两端都选用圆柱滚子轴承。
与其相啮合的低速齿轮轴系则必须两端固定，以便两轴都得到轴向定位。
二、滚动轴承装置的调整（一）轴向间隙的调整采用两端固定支承的轴承部件，为补偿轴在工作时的热伸长，在装配时应留有相应的轴向间隙。
轴承间隙的调整方法有：①通过加减轴承端盖与轴承座端面间的垫片厚度来实现，如图1(a)所示；②通过调整螺钉1，经过轴承外圈压盖3，移动外圈来实现，在调整后，应拧紧防松螺母2，如图1(b)所示。
为保证轴承正常工作，除正确选择轴承类型和确定型号外，还需要合理的进行轴承的组合设计，主要解决轴系的轴向固定、轴承与相关零件的配合、间隙调整和润滑密封等方面的问题。
1．轴系支点的轴向固定型式为保证滚动轴承轴系能正常传递轴向力且不发生串动，在轴上各零件定位固定的基础上，必须合理地设计轴系支点的轴向固定结构。
（1）两端单向固定如图13、图14所示，轴系中的每个轴承分别承受轴系一个方向的轴向力，限制轴系的一个方向的移动，两个支点的轴承合起来就能承受轴系双向的轴向力，从而限制了轴系沿轴向的双向移动，这种固定方式称为两端单向固定。
它适用于工作温度变化不大的短轴，为允许轴工作时有少量热膨胀，轴承安装时应留有0．25mm～0．4mm的轴向间隙，结构图上不必画出间隙。
图13两端固定的深沟球轴承轴系图14两端固定的角接触轴承轴系（2）一端双向固定、一端游动如图15a、b、c所示，轴系中一个支点为固定端，由单个轴承或轴承组承受轴系的双向轴向力，限制轴系的双向移动，另一个支点为游动端，能使轴沿轴向自由游动。
为避免松脱，游动轴承内圈应与轴作轴向固定（常采用弹性挡圈）。
用圆柱滚子轴承作游动支点时，轴承外圈要与机座作轴向固定，靠滚子与套图间的游动来保证轴的自由伸缩。
这种固定方式适用于较长的轴或工作温度变化大的轴，此时轴的热膨胀伸缩量大。
a) b) c)图15一端固定、一端游动轴系（3）两端游动要求能左右双向游动的轴，可采用两端游动的轴系结构。
图16为人字齿轮传动的高速主动轴，为了自动补偿轮齿两侧螺旋角的制造误差，使轮齿受力均匀，采用允许轴系左右少量轴向游动的结构，故两端都选用圆柱滚子轴承。
与其相啮合的低速齿轮轴系则必须两端固定，以便两轴都得到轴向定位。
轴承在轴上的轴向定位常用轴肩或套筒，定位端面应与轴线有较好的垂直度。
为保证可靠定位，轴肩圆角半径rl必须小于轴承的圆角半径r。
轴肩高度通常不大于内圈高度的3/4，过高不便于轴承拆卸（图17）。
滚动轴承的组合设计选择正确的轴承类型及尺寸后，还要考虑轴承与其他零件之间的相对关系。
即以轴承组合为主体的配套设计包括轴承轴向固定、轴承组合的调整、轴承与其他零件的配合装拆等机械结构的设计。
滚动轴承常用于机械设备中轴类零件的支承。
滚动轴承能够使轴的运转精度得到保障，能够发挥轴承的性能。
支承结构的设计，需要综合多方面的因素进行考虑，比如轴承的配置、轴承的固定、轴向定位结构与调整、轴承游隙调整、轴的热膨胀补偿、轴承的润滑和密封等问题。
滚动轴承的固定1、轴承配置轴类零件通常采用前后双点支承结构，每个支承由1或2个以上轴承组成。
可根据轴的载荷方向来选择轴承布局。
向心轴承对称布置，可以适用于纯径向载荷的轴，同型号的角接触轴承，可以适用于受径向和轴向载荷作用的轴。
两个角接触轴承的配置可采用下3种方式之一。
（1）背对背排列外圈宽面相对即称为背对背，背对背排列适用于载荷作用中心处于轴承中心线之外的结构形式。
这种排列方式优点较多，比如支点间跨距大，悬臂长度较小，其末端刚性大。
当轴受热膨胀伸长时，轴承游隙将变大，因此轴承不会出现卡死。
如果采用预紧安装,预紧量将会在轴受热膨胀伸长时减小。
（2）串联排列外圈窄面或外圈宽面都朝向一侧即称为串联排列，适用于载荷作用中心处于轴承中心线同一侧的结构形式。
（3）面对面排列外圈窄面相对即称为面对面，面对面适用于排列载荷作用中心处于轴承中心线之内的结构形式。
这种排列方式结构相对简单、装拆方便。
但是，当轴受热伸长时，由于轴承游隙减小，非常容易造成轴承卡顿或卡死，因此要注意轴承游隙的调整。
2、支承结构的基本形式轴的径向自由度通常由两个轴承支承来共同限定，而轴向限位则可以有多种不同的限位方式，机械工程中常见支承结构有以下3种基本形式。
（1）两端固定支承两个支承点分别限制轴的一个方向的轴向位移,称为两端固定支承。
两端固定支承适用于轴类零件所受纯径向载荷或者轴向载荷小的综合载荷作用。
通常采用滚动轴承组成两端固定支承时，在其中一个支承侧，使轴承外圆与外壳孔间采用过渡的配合，同时要在轴承外圈与端盖间预留少量的空隙,以提供轴的热膨胀长空间。
