由于两相对运动表面的加工不平度,轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差的限制，hmin不能无限缩小,因而提出了许用油膜厚度 [h]的问题。为了工作可靠,必须满足式(12-25)。
④学习轴承的热平衡计算这部分内容要注意以下几个问题：
a) 首先要搞清为什么要进行热平衡计算；其次,再搞清楚为什么热平衡计算最后归结为控制其泊的入口温度,即应满足35°≤ti≤40℃。
b) 在式(12-28)中,轴承的耗油量系数也是一个无量纲量。由于计算单位时间内的耗油量很复杂,精确计算耗油量应包含三个部分,即承载区的油泄流量,非承载区的油泄流量以及油沟处的油泄流量。故在轴承设计中往往采用大量分析计算
??作出了不同B/d时的
Q?VBd曲线,学习时应注意B/d、χ耗油量系数与B/dx的关
系,并对曲线的变化形态作出物理解释。
c) 在式(12-28)中,有关轴承中的摩擦系数计算公式的推导,请参阅濮良贵主编《机械设计》第五版中304页。
⑤学习参数选择这一部分内容时,主要应理解宽径比B/d、相对间隙ψ和粘度对轴承工作性能的影响,并掌握其选择原则。
6) §12-8简介了无润滑轴承、多油模轴承及液体静压滑动轴承等。教学时应注意如下几点:
①无润滑轴承大多采用各种工程塑料制造 , 应了解这些材料 的性能及特点。主要设计参数的选择原则和承载能力的简化估算方法。
②多油模轴承的类型、结构特点及工作原理。
③液体静压轴承的承载原理及特点(包括定量供油和定压供油)。要了解多油腔静压轴承的工作原理。对于节流器,重点在于搞清节流器的作用。教材中虽然仅介绍了毛细管节流器的结构简图,但其它型式的节流器,如小孔节流器、滑阀节流器、薄膜反馈节流器等 ，不难从有关阐述静压技术的书籍中查到。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排4个学时。以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。
第十三章滚动轴承
一、本章主要内容、特点及学习要求
1.本章主要内容为滚动轴承的选择和轴承装臵的设计。
2.本章特点是：滚动轴承是一个多种元件的组合体(部件)，是由专门工厂大量生产的标准件，而且是用试验与统计的方法按90%的可靠度来规定它的基本额定动载荷的，因而在计算理论和方法上都与其它各章有着较大的区别。
3. 本章的教学要求可以概括为两点：一是要能正确地选择轴承的代号(包括类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征)；二是要能根据选定的轴承(代号)合理地设计出轴承装臵，以保证正确地使用轴承。
二、本章重点、难点及注意事项
1. 本章重点是轴承尺寸的选择,也就是如何最后确定所需轴承的代号。 2. 本章难点是向心推力轴承(指角接触球轴承与圆锥滚子轴承,下同)的受力分析。这是由于向心推力轴承的受力分析较为复杂,后面将对这个问题作一些补充分析与说明。
3.注意事项
1) 为了能够正确地选择轴承的类型,必须注意了解滚动轴承的主要类型、性
能、特点及代号等；为了能够正确地使用轴承,必须注意分析对比各种轴承装臵的结构特点和适用场合(包括考虑轴承的类型、工况、装拆、固定、调整、预紧、润滑、密封等)。
2) 为了正确选择轴承的尺寸,必须注意对滚动轴承寿命值的概率意义有深刻的理解,搞清寿命计算的理论和方法的特点。
3) 正确的受力分析是轴承寿命计算的基础。在选择轴承尺寸时,首先要根据外载荷弄清楚每一个轴承所受到的径向载荷和轴向载荷值。这里,向心推力轴承所受的径向载荷与轴向载荷的计算,又是这一部分的难点,应该予以特别注意。
4) 进行滚动轴承寿命计算时所用的载荷是当量动载荷。当量动载荷可由表13-5确定载荷系数X 和Y之后,根据轴承的轴向载荷和径向载荷利用公式(13-8)求得。因此,应充分掌握表13-5的使用方法①。
5) 对于那些在工作载荷下基本上不旋转的轴承,或者慢慢地摆动以及转速极
低的轴承，均应按照轴承的静强度来选择轴承的尺寸。
6)正确地进行轴承装臵设计对于保证轴承的正常工作是非常重要的。为了满足同样的要求，可能有不同的设计方案。讲授这一部分内容时要注意引导学生分析比较，多看一些图册作为参考。 三、本章内容的分析与补充 1．滚动轴承类型的选择(§13—3)
本节叙述进行滚动轴承类型选择时要考虑的主要因素，包括轴承所受的载荷、轴承的转速、调心性能的要求、轴向游动的要求以及安装和拆卸的要求等。在这些因素中，轴承所受的载荷(包 括大小和方向)和转速的大小一般是最主要的。调心性能和轴向游动的要求，只是在某些特殊情况(例如多支点长轴或工作时有较大的温度差时)才需要考虑。但是在任何情况下，轴承应保证轴相对于轴承座体有确定的轴向位臵。因此，一般不能在同一根轴的两边都采用没有轴向限位作用的圆柱滚子轴承。另外，对某些在特殊条件下使用的轴承，还可能提出特殊的要求，例如当径向尺寸受限制时，可能要使用滚针轴承或不包括内圈的圆柱滚子轴承；当轴向尺寸受限制时，可能要使用内圈分为两半的角接触球轴承等等。 2．滚动轴承的工作情况(§13—4)
这一节首先分析了轴承工作时轴承元件上的载荷分布及应力变化的情况。通过分析可知，固定套圈上承受最大载荷部位附近的区域承受较严重的变应力，容易产生疲劳破坏。这一现象当内圈固定，外圈转动时更为严重。
本节还讨论了向心推力轴承承受轴向载荷的大小对轴承中各滚动体上载荷分布情况的影响。现对这部分内容强调以下几点：
1)接触角α和载荷角β。接触角α是由向心推力轴承本身的结构所确定的一个角度。它是每一个滚动体与外圈滚道接触处的法线方向与轴颈的半径方向之间的夹角，而载荷角β则是分配到该轴承上的径向载荷与轴向载荷的合力与径向载荷之间的夹角，因而是由外载荷所确定的。
2) 当一个向心推力轴承受到径向载荷R与轴向载荷A的共同作用时,将有若干个滚动体同时受载。由于有接触角α,每一个滚动体对所受载荷的反力都可以分解为两个分力。一个为径向分力,另一个为轴向分力。而对于一个处于平衡状态的轴承,它的所有受载滚动体的径向分力之和(合力)一定与该轴承所受的径向载荷R平
衡。所有受载滚动体的轴向分力之和(合力)一定与该轴承所受的轴向载荷A平衡。
3) 分析表明,随着作用到轴承上的轴向载荷的增大,受载滚动体的数目将增多。应该看到,受载滚动体的数目过少,例如少于一半,是不正常的,可以说并没有发挥轴承的潜力。因此,在一定范围内增加作用在轴承上的轴向载荷,对轴承的工作寿命并没有不利的影响。这也从某种程度上解释了为什么在表13-5中的系数 Y的值,在一定条件下等于零。
3. 滚动轴承尺寸的选择(§13-5)
滚动轴承尺寸的选择通常依据安装轴承处的结构尺寸、轴承承受载荷的大小、轴承的寿命和可靠性的要求进行的。一般情况下,首先初选轴承的尺寸,然后进行轴承寿命的验算。因此,关于滚动轴承寿命的计算方法是本节的主要内容,这也是本章的重点内容之一。 l 〉基本额定寿命
轴承的寿命是指轴承的套圈或滚动体的疲劳寿命。一批相同轴承的疲劳寿命总
是离散的,并服从一定的统计规律。因此,轴承的寿命必然与疲劳失效的概率或可靠度有关。可靠度为90%时的轴承寿命称为基本额定寿命,用L10表示。图13-11中表示一组在相 同条件下运转的轴承的寿命分布(作用在轴承上的载荷恰好等于基本额定动载荷)。从分布曲线可以看出，轴承最长的实际寿命可超过最短寿命的20倍，有50% 的轴承实际寿命可达基本额定寿命的5倍以上。
2) 基本额定动载荷
轴承的基本额定动载荷是反映滚动轴承承载能力的一项重要性能参数，其含义为：在该载荷作用下，轴承的基本额定寿命恰好为106转。对于一个具体的滚动轴承,基本额定动载荷是其固有的一个确定值，该值是由实验并经过理论分析得到的。各类滚动轴承的基本额定动载荷的值可由滚动轴承产品样本或滚动轴承手册中查得。
国家标准(见78页注①)对向心轴承的基本额定动载荷用径向基本额定动载荷Cr表示，对推力轴承用轴向基本额定动载荷Ca表示。为了简化叙述，教材中统一用C表示Cr和Ca 。上述国标中所谓的向心轴承是指主要用于承受径向载荷的，公称接触角为00≤α≤ 45 0的滚动轴承；而推力轴承是指主要用于承受轴向载荷的，公称接触角为45<α≤ 90的滚动轴承。
3) 滚动轴承寿命计算公式
教材中给出了两个轴承寿命计算公式,公式(13-4) 和公式(13-18) 。前者用于计算轴承的基本额定寿命L10； 而后者用于计算轴承的修正额定寿命Ln 。基本额定寿命的计算是最基本的内容,公式(13-4)应熟练掌握。用公式(13-18)计算的修正额定寿命,是仅考虑了不同可靠度要求的修正额定寿命。因为滚动轴承的可靠度计算方法是各类机械零件可靠度计算方法中最为成熟的,并且已列入国家标准,因此在本章中给以特别介绍。关于考虑了其它影响因素后,修正额定寿命的计算方法可查阅国家标准(见78页注①)。
4) 滚动轴承的当量动载荷
国家标准(见78页注①)。对于向心轴承的当量动载荷用径向当量动载荷Pr表示；对于推力轴承用轴向当量动载荷Pa表示。为了简化叙述，教材中统一用P表示Pr和Pa，因此计算公式也统一为公式(13-8)。对于不同的滚动轴承,公式(13-8)中的X、Y系数值应根据目前最新国家标准查得。教材的表13-5 中列出的一部分常用滚动轴承的X、Y值是摘自1989年版《滚动轴承产品样本》,前已说明,实用中应按目前最新国家标准查取。
5) 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷R与轴向载荷A的计算
根据轴上所受外载荷计算每一个支点(轴承)上所受的径向载荷R与轴向载荷A是轴承寿命计算的重要步骤。这一工作对于角接触球轴承和圆锥滚子轴承而言,由于接触角α≠0。而使情况复杂化。
将轴上所受的径向外载荷分解为两个分别作用在两个支点上的平行分力R1与凡是容易做到的。但由于接触角α的存在会使R1 和R2的作用点的位臵发生变动(参阅图13-13)。当两轴承间的距离不是很小时,这种变动量相对来说不是很大,因而可以用两端轴承各自宽度的中点分别作为R1和R2的作用点。
根据轴系所受的外载荷来确定两端轴承各受多少径向载荷和轴向载荷是按以
下原则进行的。
①当Fr、Ft、Fa等外载荷已定时，R1、R2 已定。
②由于Rl和R2以及接触角α≠0，所有受载滚动体将产生轴向分力(或称派生的轴向力)，它们的合力对两个支点分别记为S1和S2。正如前面已经指出的,同样的R1、R2,由于接触滚动体的数目不同,可以产生不同的 Sl、S2。在正确安装时,将保证不
《机械设计基础》教案
