滚动轴承的寿命计算

轴承——用来支承心轴或转轴的部件。根据其工作时的摩擦性质，可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。1．滚动轴承的特点（与滑动轴承相比较）1）摩擦阻力小、起动灵活、效率高；2）由专业厂家批量生产，类型尺寸齐全，标准化程度高；3）抗冲击能力较差，径向尺寸比较大，高速重载时寿命较低且噪声较大。3．滚动轴承的材料概述2．滚动轴承的组成核心元件—滚动体的类型§21.1滚动轴承的类型和选择1．滚动轴承的分类向心轴承：主要承受径向载荷推力轴承：主要承受轴向载荷按所能承受的载荷方向按滚动体的形状滚子轴承球轴承滚动轴承的主要类型、结构和特点按滚动体的列数滚动轴承的类型和选择单列轴承双列轴承按内、外圈能否分离可分离型轴承不可分离型轴承接触角——滚动体与套圈接触处的法线与轴承径向平面间的夹角称为轴承的接触角。公称接触角用表示。按公称接触角的不同，轴承的分类为:向心轴承：0°≤α≤45°，主要承受径向载荷；径向接触轴承——α＝0°的向心轴承；向心角接触轴承——0°α≤45°的向心轴承；径向接触轴承向心角接触轴承滚动轴承的类型和选择推力轴承：45°α≤90°，主要承受轴向载荷；轴向接触轴承——α＝90°的推力轴承推力角接触轴承——45°α90°的推力轴承滚动轴承的类型和选择推力球轴承（5）2.常用滚动轴承类型•向心轴承：主要承受径向载荷FR深沟球轴承（6）圆柱滚子轴承（N）调心球轴承（1）•推力轴承：只能承受轴向载荷FA•向心推力轴承：FR+FA角接触球轴承（7）圆锥滚子轴承（3）滚动轴承的类型和选择1、根据载荷的大小及性质2、根据载荷的方向3、根据转速的高低二、滚动轴承类型的选择：4、根据回转精度5、根据调心性能滚动轴承的类型和选择6、根据经济性能§21.3滚动轴承的代号•国家标准规定，滚动轴承的类型、尺寸、结构和公差等级等特征，用代号表示。前置代号基本代号后置代号轴承分部件轴承类型尺寸系列轴承内径内部结构密封与防尘套圈变形轴承材料公差等级游隙配置其它9基本代号•类型代号表示轴承的基本类型，用数字或字母表示。•尺寸系列代号表示内径相同的轴承可具有不同的外径，而同样外径时又可有不同的宽度（对推力轴承指高度）。由两位数字表示。•内径代号表示轴承的内径尺寸，用两位数字表示，滚动轴承的代号10～480（5进位）22283210121517内径代号04～96(代号乘以5即为内径)/内径尺寸毫米数00010203示例代号06/2802内径dd＝6×5＝30mmd＝28mmd＝15mm滚动轴承的代号11）内部结构代号•表示同一类型轴承不同的内部结构，用字母表示且紧跟在基本代号之后如C、AC和B分别代表公称接触角为15、25和40的角接触球轴承；2）公差等级代号:/P0、/P6等3）游隙代号:/C1、/C2、/C3、/C4、/C5等4）配置代号:/DB、/DF/DT滚动轴承的代号2.后置代号12表示轴承的分部件，以字母表示，如K代表滚子轴承的滚子和保持架组件，L代表可分离轴承的可分离套圈等。滚动轴承的代号3.前置代号例21-1说明轴承代号、7210AC/P5的含义。6024公差等级为0级内径尺寸d=24×5=120mm尺寸系列(1)0（宽度系列1，直径系列0）深沟球轴承14滚动轴承的代号公差等级为5级公称接触角=25内径d＝10×5＝50mm尺寸系列(0)2，（宽度系列0，直径系列2）角接触球轴承15•只受径向载荷的情况由理论分析知，受载最大的滚动体的载荷为：§21.4滚动轴承的载荷、失效和计算准则)(5球RFZF)(6.4滚子RFZF滚动轴承的载荷分布16•只受轴向载荷的情况滚动轴承的载荷、失效和计算准则zFFAacotcotzFFFAar•径向载荷、轴向载荷联合作用的情况cot5maxZFFzFAR这种情况下，滚动体的受力和轴承的载荷分布不仅与径向载荷和轴向载荷的大小有关，还与接触角的变化有关。17．失效形式•疲劳点蚀:脉动循环的接触应力滚动轴承的载荷、失效和计算准则•塑性变形:过大的静载荷或冲击载荷•磨损:磨粒磨损,粘着磨损、胶合。2．计算准则•正常工作条件下做回转运动的滚动轴承，主要发生点蚀，故应进行接触疲劳寿命计算；当载荷变化较大或有较大冲击载荷时，还应增加静强度校核；18•转速很低（n10r/min）或摆动的轴承，只需作静强度计算；滚动轴承的载荷、失效和计算准则•高速轴承，为防止发生粘着磨损，除进行接触疲劳寿命计算外，还应校验极限转速。2．计算准则19§21.5滚动轴承的寿命计算基本额定寿命、基本额定动载荷和当量动载荷•基本额定寿命一批相同的轴承在相同的条件下运转，其中90%以上的轴承在疲劳点蚀前能达到的总转数或一定转速下工作的小时数，称为轴承的基本额定寿命，以L10（106转为单位）或L10h（小时为单位）表示•基本额定动载荷基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷称为轴承的基本额定动载荷，以C表示。显然，轴承在基本额定动载荷作用下，运转106转而不发生疲劳点蚀的可靠度为90%。20基本额定动载荷的方向向心轴承滚动轴承的寿命计算推力轴承非角接触轴承：为径向载荷角接触轴承：使套圈产生径向位移的载荷径向分量：中心轴向载荷•当量动载荷假想载荷，在这个假想载荷作用下，轴承的寿命和实际载荷下的寿命相同，用P表示。)(ARpYFXFfP21滚动轴承的寿命计算)(ARpYFXFfPFR---轴承的实际径向载荷FA---轴承的实际轴向载荷fp---冲击载荷因数，表21-8X---轴承的径向动载荷系数Y---轴承的轴向动载荷系数表21-722基本额定寿命计算•滚动轴承的寿命计算PCL10PCnLh6010610引入温度因数ft对C值进行修正:Ct=ftC机械设计中常以机器的中修、大修年限作为轴承的设计寿命。23角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷的计算•内部轴向力FsFs的大小Fs的方向•支反力作用点滚动轴承的寿命计算为避免轴在FS作用下产生轴向移动，角接触球轴承和圆锥滚子轴承通常应成对使用，反向安装。24（＝15)7000AC(＝25)7000B(＝40)30000FSeFR0.68FR1.14FRFR/(2Y)表21-11角接触轴承的内部轴向力FS滚动轴承的寿命计算25•轴向载荷FA的计算滚动轴承的寿命计算两轴承的轴向载荷FA1、FA2的计算方法为：取两者中大值xssAFFFF211取两者中大值xssAFFFF12226例:下图为二级齿轮减速器中间轴的受力简图。已知内部轴向力Fs1＝400N，Fs2＝650N，外部轴向力Fx1＝300N，Fx2＝800N，试分析两个圆锥滚子轴承的轴向载荷。滚动轴承的寿命计算N150N)800300650(N4002121xxssFFFF则FA1＝max{400,150}=400N同理可得:FA2＝900N解:27同一支点成对安装同型号向心角接触轴承的计算特点•两个同型号的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，作为一个支承整体对称安装在同一支点上时，可以承受较大的径向、轴向联合载荷。滚动轴承的寿命计算28•寿命计算可按双列轴承进行，即计算当量动载荷时按双列轴承选取系数X、Y的值•其基本额定动载荷C和额定静载荷C0按下式计算：滚动轴承的寿命计算)(71.1)(62.1rr滚子轴承CCCC滚子轴承Cr、C0分别为单个轴承的基本额定动载荷和额定静载荷。C0=2C029不同可靠度的轴承寿命计算•在轴承材料、运转条件不变的情况下，不同可靠度的寿命计算公式为：滚动轴承的寿命计算LRh＝a1L10hL10h---基本额定寿命a1---寿命修正因数LRh---修正的额定寿命可靠度R为100%的轴承寿命（即最小寿命）FRmin≈0.05L10h。30§21.6滚动轴承的静强度计算•额定静载荷滚动轴承受载后，使受载最大的滚动体与滚道接触中心处的接触应力达到一定值（调心球轴承为4600MPa，其它球轴承为4200MPa，滚子轴承为4000MPa），这个载荷称为额定静载荷，用C0表示。对于径向接触和轴向接触轴承，C0分别是径向载荷和中心轴向载荷，对于向心角接触轴承，C0是载荷的径向分量。31•当量静载荷P0当轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，应将实际载荷转化成假想的当量静载荷，在该载荷作用下，滚动体与滚道上的接触应力与实际载荷作用相同。P0＝X0FR＋Y0FAX0为径向载荷系数,Y0为轴向载荷系数滚动轴承的静强度计算•静强度条件≥S000PCS0为静强度安全因数32§21.7滚动轴承的极限转速•极限转速nlim是滚动轴承允许的最高转速，它与轴承类型、尺寸等多种因素有关，有其适用条件。实际工作条件与极限转速的适用条件不一致时，应对极限转速进行修正。实际工作条件下轴承允许的最高转速nmax为nmax＝f1f2nlimf1为载荷因数；f2为载荷分布因数如果轴承的最高转速nmax不能满足使用要求，可采取一些措施，提高极限转速，33§21.8滚动轴承的润滑与密封滚动轴承的润滑•润滑的目的•润滑方式脂润滑油润滑•润滑方式的选择Dmn值作为选择润滑方式的依据34滚动轴承的密封•密封的目的防止灰尘、水分和其它杂物侵入轴承，并可阻止润滑剂的流失。•类型非接触式密封间隙式迷宫式接触式密封毡圈式皮碗式滚动轴承的润滑与密封35某单级齿轮减速器输入轴由一对深沟球轴承支承。已知齿轮上各力为：切向力Ft＝3000N，径向力Fr＝1200N，轴向力Fx＝650N，方向如图21-19所示。齿轮分度圆直径d＝40mm。设齿轮中点至两支点距离l＝50mm，轴与电机直接相连，n＝960r/min，载荷平稳，常温工作，轴颈直径为30mm。要求轴承寿命不低于9000h，试选择轴承型号。例21-338求两轴承所受径向载荷（1）轴垂直面支点反力FRVN502240650501200221ldFlFFxrRVN502240650501200222ldFlFFxrRVFRV1=470NFRV2=730N（2）轴水平面支点反力FRHN23000221tRHRHFFF解题过程:例21-339（3）两轴承所受径向载荷FRFR即合成后的支反力，N1500730N15004702222RH22RV2R2221RH21RV1RFFFFFF2.初选轴承型号，计算当量动载荷（1）初选轴承型号由题意试选6206型深沟球轴承。由标准查得性能参数为：C=19.5kN,