學習情境12 設計選用減速器中的滾動軸承主講教師吳明清指導教師授課日期授課班級12學習情境任務14 設計選用減速器中的滾動軸承學時4能力目標1、 能夠正確選用滑動軸承、滾動軸承；2、 具備識圖、查閱相關手冊、標準的能力；3、 具備軸承的組合設計能力。訓練項目設計選用減速器中的滾動軸承知識點滑動軸承結構及應用，滑動軸承的潤滑，滾動軸承的結構，滾動軸承的參數及類型，滾動軸承的代號，滾動軸承的失效形式及計算準則，軸承6個基本概念，3個基本計算，2個設計準則教學重點與難點1、滾動軸承的工作能力計算，2、滾動軸承的組合設計教學方法任務驅動教學與典型案例講解相結合教學準備課件，黑板，多媒體設備等。檢測與評價職業能力(占70%)、職業素質(30%)； 評價成績采用百分制。教案設計工作過程工作內容課前組織（5min）1 清點學生人數；2 檢查授課環境；3 鏈接多媒體課件。任務導入（5min）提出學習任務，導入課程 先讓同學們回憶上一單元學習減速器中軸的設計、齒輪的設計時，對軸上零件的固定形式掌握程度。用視頻演示在減速器中的工作過程。讓學生觀 察軸承運動動態演示、軸承結構分解圖。 提出學習任務： 為案例中單級直齒齒輪減速器中支撐軸和齒輪傳動選擇合適的滾動軸承。任務目的：1.滾動軸承是標準件，任務內容就是如何合理的進行選用，要求學生掌握選用的依據。 2.滾動軸承安裝也非常重要，不但要學會選用，還要掌握滾動軸承的組合設計。3. 本設計軸上采用的是圓柱直齒輪，所以軸的支承采用深溝球軸承，比較簡單。建議學生考慮，如果是圓柱斜齒輪，應該選用什么型號的軸承?又應該如何計算，作為設計的擴展。 4. 通過軸承的選用，主要掌握參數的選擇 和查表； 5. 掌握滾動軸承的國家標準和軸承的標注及符號解釋。資訊（90min）2.1滾動軸承的結構如圖12-11所示，滾動軸承由內圈1、外圈2、滾動體3和保持架4等四部分組成，其中滾動體是滾動軸承中不可缺少的重要元件。常用的滾動體，如圖12-12所示。保持架的作用是均勻分布滾動體，以減小滾動體的摩擦和磨損。 圖12-11滾動軸承基本結構 圖 12-12常用滾動體滾動軸承的內、外圈和滾動體，一般是用強度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造。常用牌號如GCr15、GCr15SiMn 等(G表示滾動軸承鋼)，熱處理后硬度可達到62HRC65HRC。2.2滾動軸承參數及類型2.2.1滾動軸承參數（1）游隙滾動體與內外滾道之間的最大間隙稱為游隙，即當一個座圈固定時，另一座圈沿徑向或軸向的最大移動量，有徑向游隙和軸向游隙之分，如圖12-13所示。 圖12-13軸承 圖12-14軸承接觸角 圖12-15軸承的偏位角（2）接觸角滾動軸承中滾動體與外圈接觸處的法線和垂直于軸承軸心線的平面的夾角，稱為接觸角。如圖12-14所示。（3）偏位角軸承內、外圈軸線相對傾斜時所夾的銳角稱為偏位角。（4）極限轉速滾動軸承在一定的載荷和潤滑的條件下，允許的最高轉速稱為極限轉速。2.2.2滾動軸承類型滾動軸承的類型很多，下面介紹幾種常見的分類方法：（1）按滾動體的形狀，可分為球軸承和滾子軸承兩大類。（2）按滾動體的列數，可分為單列、雙列及多列滾動軸承。（3）按工作時能否調心，可分為調心軸承和非調心軸承。（4）按承受載荷的方向不同，可分為向心軸承和推力軸承兩類。向心軸承主要承受徑向載荷，其公稱接觸角=0的軸承稱為徑向接觸軸承；045的軸承，稱為角接觸向心軸承。接觸角越大，承受軸向載荷的能力也越大。推力軸承：主要承受軸向載荷，其公稱接觸角4590的軸承，稱為角接觸推力軸承，其中=90的稱為軸向接觸軸承，也稱推力軸承。接觸角越大，承受徑向載荷的能力越小，承受軸向載荷的能力也越大，軸向推力軸承只能承受軸向載荷。極限轉速比：是指同一尺寸系列0級公差的各類軸承脂潤滑時的極限轉速與6類深溝球軸承脂潤滑時的極限轉速之比。高、中、低的含義為：高為6類深溝球軸承極限轉速的90%100%；中為6類深溝球軸承極限轉速的60%90%；低為6類深溝球軸承極限轉速的60%以下。2.3滾動軸承的代號滾動軸承的種類和尺寸規格繁多，為了便于組織生產和選用，常用的滾動軸承大多數已經標準化了。國家標準GB/T272-93規定了滾動軸承的代號方法，軸承的代號用字母和數字來表示。一般印或刻在軸承套圈的端面上。滾動軸承的代號由基本代號、前置代號和后置代號組成。軸承代號的構成見表12-4。表12-4滾動軸承代號的構成前置代號基本代號后置代號字母類型代號尺寸系列代號內徑代號字母（或加數字）數字或字母寬度系列代號直徑系列代號兩位數字一位數字一位數字例如：滾動軸承代號N2210/P5 在基本代號中：N類型代號；22尺寸系列代號；10內徑代號，后置代號：/P5精度等級代號。1） 基本代號（滾針軸承除外）：基本代號表示軸承的類型、結構和尺寸，是軸承代號的基礎?；敬栍奢S承類型代號、尺寸系列代號和內徑代號三部分構成。（1）類型代號：用數字或字母表示，其表示方法見表12-5。表12-5 一般滾動軸承類型代號代號軸承類型代號軸承類型0123456雙列角接觸球軸承調心球軸承調心滾子軸承和推力調心滾子軸承圓錐滾子軸承雙列深溝球軸承推力球軸承深溝球軸承78NUQJ角接觸球軸承推力圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承外球面球軸承四點接觸球軸承（2）尺寸系列代號尺寸系列代號由軸承的寬（推力軸承指高）度系列代號和直徑系列代號組成。各用一位數字表示。軸承的寬度系列代號指：內徑相同的軸承，對向心軸承，配有不同的寬度尺寸系列。軸承寬度系列代號有8、0、1、2、3、4、5、6，寬度尺寸依次遞增。對推力軸承，配有不同的高度尺寸系列，代號有7、9、1、2，高度尺寸依次遞增。在GB/T272-93規定的有些型號中，寬度系列代號被省略。軸承的直徑系列代號指：內徑相同的軸承配有不同的外徑尺寸系列。其代號有7、8、9、0、1、2、3、4、5，外徑尺寸依次遞增。圖12-16所示為深溝球軸承的不同直徑系列代號的對比。6105軸承 6205軸承 6305軸承 6405軸承圖12-16直徑系列對比（3）內徑代號：軸承內孔直徑用兩位數字表示，見表12-6。表12-6軸承內徑代號內徑代號000102030499軸承內徑d（）10121517數字52）前置代號軸承的前置代號用字母表示。如用L表示可分離軸承的可分離內圈或外圈，代號示例如LN207。3）后置代號軸承的后置代號是用字母（或加數字）等表示。后置代號的內容很多，下面介紹幾種常用的后置代號。（1）內部結構代號用字母表示，緊跟在基本代號后面。如接觸角=15、25和40的角接觸球軸承分別用C、AC和B表示內部結構的不同。代號示例如7210C、7210AC和7210B。（2）密封、防塵與外部形狀變化代號。如“-Z”表示軸承一面帶防塵蓋；“N”表示軸承外圈上有止動槽。代號示例如6210-Z、6210N。（3）軸承的公差等級分為2、4、5、6、6X和0級，共6個級別，精度依次降低。其代號分別為/P2、/P4、/P5、/P6X、/P6和/P0。公差等級中，6X級僅適用于圓錐滾子軸承；0級為普通級，在軸承代號中省略不表示。代號示例如6203、6203/P6、30210/P6X。（4）軸承的游隙分為1、2、0、3、4和5組，共6個游隙組別，游隙依次由小到大。常用的游隙組別是0游隙組，在軸承代號中省略不表示，其余的游隙組別在軸承代號中分別用符號/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。代號示例如6210、6210/C4。實際應用的滾動軸承類型是很多的，相應的軸承代號也是比較復雜的。以上介紹的代號是軸承代號中最基本、最常用的部分，熟悉了這部分代號，就可以識別和查選常用的軸承。關于滾動軸承詳細的代號方法可查閱GB/T272-93。計劃與決策（5min）1.進行自愿分組。2.學習相關知識。3.明確工作思路。4.討論任務實施注意事項。5.完成任務。6.檢查評價。實施（30min）1. 給定的參數 在軸的設計完成之后，進行軸承的選用。我們在軸的結構設 計時，對于軸的支承，選用了深溝球軸承，軸承的型號和尺寸都 已經知道，在這里主要是軸承額定使用壽命的校核。初選軸承型號為7211AC。已知軸的轉速=1450r/min，兩軸承所受的徑向載荷分別為=3300N，=1000N，軸向載荷=900N，軸承在常溫下工作，運轉時有中等沖擊，要求軸承預期壽命12000。試校核額定使用壽命。圖12-23 (1)計算軸承的軸向力、由表12-10查得7211AC軸承內部軸向力的計算公式為 =0.68 ，故有： =0.68=0.683300N=2244N =0.68=0.681000N=680N因為 +=(680900)N=1580N=2244N故可判斷軸承2被壓緊, 軸承1被放松，兩軸承的軸向力分別為： = =2244N = =(2244900)N=1344N(2)計算當量動載荷、由表12-8查得=0.68，而 e查表12-8可得=1，=0；=0.41，=0.87。由表12-7取=1.4，則軸承的當量動載荷為： =1.4(13300+02244)N=4620N =1.4(0.411000+0.871344)N=2211N(3)計算軸承壽命因，且兩個軸承的型號相同，所以只需計算軸承1的壽命，取= 。查手冊得7211AC軸承的=50500N。又球軸承=3，取=1，則由式12-7得 =15010h12000 h由此可見軸承的壽命大于預期壽命，所以該對軸承合適。檢查與評價（15min）巡回指導檢查，及時解答學生疑問。評價有教師評價與學生自評與互評相結合。評定形式比例評定內容評定標準得分自我評定20%1.學習工作態度 5分2.完成任務情況 5分3.出勤情況 5分4.獨立工作能力 5分積極【5】；一般【3】；不積極【0】全部【5】；一半【3】；沒有【1】全勤【5】；缺兩次【3】；30%【0】強【5】；一般【3】；不強【1】小組評定30%1.學習工作責任意識 5分2.收集材料、調研能力 5分3.匯報、交流、溝通能力 10分4.團隊協作精神 10分強【5】；一般【3】；不強【0】強【5】；一般【3】；不強【1】強【10】；一般【6】；不強【2】強【10】；一般【6】；不強【2】教師評定50%1.集體學習工作過程狀態 10分2.計劃制定、執行情況 10分3.任務完成情況 15分4.項目學習、實訓報告 15分積極【10】；一般【6】；較差【2】好【10】；一般【6】；較差【2】好【15】；一般【10】；較差【5】【0】-【15】任務拓展（40min）2.1滾動軸承的固定方式常用的軸承固定方式有三種: 兩端單向固定，一端雙向固定、一端游動以及兩端游動式。(1)兩端單向固定如圖12-24（a）所示，在軸的兩個支點上，用軸肩頂住軸承內圈，軸承蓋頂住軸承的外圈，使每個支點都能限制軸的單方向軸向移動，兩個支點合起來就限制了軸的雙向移動，這種固定方式稱為兩端單向固定或雙固式。（a） （b） 圖12-24兩端單向固定的軸系 (2) 一端雙向固定、一端游動如圖12-25(a)所示，左端軸承內、外圈都為雙向固定，以承受雙向軸向載荷，稱為固定端。(a) (b) 圖12-25一端雙向固定、一端游動的軸系(3) 兩端游動式圖12-26所示為人字齒輪傳動中的主動軸，考慮到輪齒兩側螺旋角的制造誤差，為了使輪齒嚙合時受力均勻，兩端都采用圓柱滾子軸承支承，軸與軸承內圈可沿軸向少量移動，即為兩端游動式結構。圖12-26兩端游動的軸系軸承在軸上一般用軸肩或套筒定位，軸承內圈的軸向固定應根據軸向載荷的大小選用圖12-27(a)所示的軸端擋圈、圓螺母、軸用彈性擋圈等結構。外圈則采用圖12-27(b)所示的軸承座孔的端面（止口）、孔用彈性擋圈、壓板、端蓋等形式固定。 (a) (b)圖12-27單個軸承的軸向定位與固定2.2軸承組合的調整2.2.1軸承間隙的調整常用的調整軸承間隙的方法有：（1） 如圖12-24所示，靠增減端蓋與箱體結合面間墊片的厚度進行調整；（2） 如圖12-28所示，利用端蓋上的調節螺釘改變可調壓蓋及軸承外圈的軸向位置來實現調整，調整后用螺母鎖緊防松。2.2.2 滾動軸承的預緊在軸承安裝以后，使滾動體和套圈滾道間處于適合的預壓緊狀態，稱為滾動軸承的預緊。預緊的目的在于提高其工作的剛度和旋轉精度。成對并列使用的圓錐滾子軸承、角接觸球軸承及對旋轉精度和剛度有較高要求的軸系通常都采用預緊方法。如圖12-29所示，常用的預緊方法有在套圈間加墊片并加預緊力、磨窄套圈并加預緊力。2.2.3軸承組合位置的調整軸承組合位置調整的目的，是使軸上的零件如齒輪等具有準確的軸向工作位置。圖12-30為圓錐齒輪軸承的組合結構，套杯與機座之間的墊片1用來調整軸系的軸向位置，而墊片2則用來調整軸承間隙。圖12-30軸承組合位置的調整2.3支承部位的剛度和同軸度為保證支承部分的剛度，軸承座孔壁應有足夠的厚度，并設置圖12-31(a)所示的加強肋以增強支承剛度。為保證兩端軸承座孔的同軸度，箱體上同一軸線的兩個軸承座孔應一次鏜出。如圖12-31(b)所示，若軸上裝有不同外徑尺寸的軸承時，可采用套杯式結構，使兩端軸承座孔的直徑尺寸盡量相同，以便加工時一次鏜出兩軸承座孔。2.4滾動軸承的配合滾動軸承的配合是指軸承內圈與軸頸、外圈與軸承座孔的配合。因為滾動軸承已經標準化，軸承內孔與軸頸的配合采用基孔制，軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制。一般說來，轉動圈（通常是內圈與軸一起轉動）的轉速越高，載荷越大，工作溫度越高，則內圈與軸頸應采用越緊的配合；而外圈與座孔間（特別是需要作軸向游動或經常裝拆的場合）常采用較松的配合。軸頸公差帶常取n6、m6、k6、js6等；座孔的公差帶常用為J7、J6、H7和G7等，具體選擇可參考有關的機械設計手冊。2.5滾動軸承的安裝與拆卸設計軸承的組合結構時，應考慮有利于軸承的裝拆，以便在裝拆時不損壞軸承和其他零部件。裝拆時，要求滾動體不受力，裝拆力要對稱或均勻地作用在套圈的端面上。2.5.1軸承的安裝（1）冷壓法 （2）熱裝法 (a) (b)圖12-33結構錯誤示例2.6滾動軸承的潤滑和密封2.6.1滾動軸承的潤滑滾動軸承潤滑的主要目的是減少摩擦與磨損，同時也有吸振、冷卻、防銹和密封等作用。滾動軸承的潤滑與滑動軸承類似，常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩種，一般高速時采用油潤滑，低速時用脂潤滑，某些特殊情況下用固體潤滑劑。潤滑方式可根據軸承的值來確定。2.6.2 滾動軸承的密封滾動軸承密封的作用是防止外界灰塵、水分等進入軸承，并阻止軸承內潤滑劑流失。密封方法可分為接觸式密封和非接觸式密封兩大類。接觸式密封常用的有毛氈圈密封、唇形密封圈密封等。圖12-34(a)為采用毛氈圈密封的結構。毛氈圈密封是將工業毛氈制成的環片，嵌入軸承端蓋上的梯形槽內，與轉軸間摩擦接觸，其結構簡單、價格低廉，但氈圈易于磨損，常用于工作溫度不高的脂潤滑場合。圖12-34(b)為采用唇形密封圈密封的結構。唇形密封圈是由專業廠家供貨的標準件，有多種不同的結構和尺寸；其廣泛用于油潤滑和脂潤滑場合，密封效果好，但在高速時易于發熱。3.2滑動軸承典型結構及應用3.2.1徑向滑動軸承及應用工作時只承受徑向載荷的滑動軸承稱為徑向滑動軸承。這類軸承的結構形式有整體式、剖分式和調心式三種。（1）整體式滑動軸承及應用圖12-2所示為整體式滑動軸承，它由軸承座和軸瓦組成。軸瓦壓裝在軸承座孔中。（2）剖分式滑動軸承及應用圖12-3所示為剖分式滑動軸承，它由軸承座1、軸承蓋2、剖分軸瓦3、雙頭螺柱4等組成。 1 軸承座 2軸瓦 1軸承座 2軸承蓋 3剖分軸瓦 4雙頭螺柱圖12-2 整體式滑動軸承 圖12-3剖分式滑動軸承（3）調心式滑動軸承及應用圖12-4所示為調心式滑動軸承，它利用軸瓦與軸承座間的球面配合使軸瓦可在一定角度范圍內擺動，以適應軸受力后產生的彎曲變形，避免圖12-5所示軸與軸承兩端局部接觸和局部磨損。但球面不易加工，故只