滚动轴承2

第16章滚动轴承第2讲回顾•轴承的分类•滚动轴承的结构•滚动轴承分类•常见滚动轴承•滚动轴承代号•滚动轴承类型的选择第16章•第4节失效形式、寿命计算、强度计算一、失效形式第4节失效形式、寿命计算、强度计算①疲劳点蚀②塑性变形③磨损受纯径向载荷Fr时，上半圈滚动体不受力，下半圈受力大小方向均不同。受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同；二、计算准则①对一般转速（n10r/min）轴承，疲劳点蚀是主要失效形式，应进行寿命校核计算；②对静止或极慢转速（n≤10r/min）轴承，承载能力取决于所允许的塑性变形，应进行静强度计算；单个轴承的寿命不能作为同型号的一批轴承的寿命基本额定寿命：一批相同轴承在试验条件下，10%的轴承发生疲劳点蚀时所达到的寿命对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为90%rL610101用总转数表示10L三、滚动轴承的寿命计算(一)几个概念寿命：轴承中任一滚动体或内外圈滚道上出现疲劳点蚀前运转的总转速（或一定转速下的工作小时数）1、寿命和基本额定寿命(1)载荷-寿命曲线对一批轴承，在不同载荷下作寿命试验所得曲线(2)基本额定动载荷使滚动轴承的基本额定寿命为101L时，轴承所承受的载荷基本额定动载荷C径向rC轴向aC向心轴承纯径向稳定载荷推力轴承纯轴向稳定载荷同类轴承：C轴承尺寸承载能力2、基本额定动载荷C63053、轴承的当量动载荷基本额定动载荷C向心轴承纯径向载荷纯轴向载荷推力轴承复合作用rF实际工作中，轴承同时受aF纯载荷转化P当量动载荷假想载荷在该载荷作用下，轴承的寿命与实际复合载荷作用相同PrF对只承受的向心轴承：aF对只承受的推力轴承：同时承受aFrF复合载荷的向心轴承：rF在进行轴承寿命计算时，应把实际载荷换算成与试验条件相一致的当量动载荷P。换算的条件是在当量动载荷作用下的轴承寿命与在实际载荷作用下的轴承寿命相同。对仅能承受径向载荷的轴承0,1YX对仅能承受轴向载荷的轴承1,0YX对其它轴承，根据判断Fa/Fr＞e还是Fa/Fr≤e，查阅滚动轴承样本或机械设计手册，参数e是判断值。见表16.6（二）、滚动轴承寿命计算公式)10(610rPCL球轴承3滚子轴承10/3外载为P时轴承的寿命以小时表示610()()60hCLhnPn：轴承转速r/min若已知'()hpnLh660''10hnLCp则所需基本额定动载荷：寿命指数考虑温度变化及载荷变动引入两个系数ft,fP6''1060hnLPC校核轴承寿命已知轴承型号(即C)外载PhPCfnLth)(60106hL轴承寿命'hL预期寿命？？选择轴承型号(即C)已知外载P'hL预期寿命满足预期寿命时轴承的'CC所选轴承的•一滚子轴承，ε=10/3问：P变为2P，C变为2C及n变为2n时,L10有何变化，如果同时将P变为2P，n变为2n时L10有何变化？解：1、P变为2P2、C变为2C3、n变为2n1031031010'101212LPCPCPCL1031031010'1022LPCPCPCLh3106ε6h'L2121PC60n10PC60n210L例齿轮减速器的高速轴，用一对深沟球轴承作为支承，转速n＝3000r/min，受力较大的轴承径向载荷,径向载荷Fr＝4800N，轴向载荷Fa＝2500N，有轻微冲击，工作温度不超过100°。轴径d≥70mm，要求轴承寿命Lh’≥5000h，试选轴承型号并校核其寿命Fa/C0值Fa/FR值eX、Y载荷系数fp温度系数ft当量动载荷P轴承寿命Lh计算项目计算依据单位计算方案1方案20.0370.056表16.60.230.260.52e0.52eX=0.56,Y=1.90X=0.56,Y=1.71表16.6表16.4表16.5P=XFr＋YFaNh1.001.001.21.2743869639044.5Lh’2140.5Lh’方案轴承型号基本额定动载荷C0基本额定静载荷C0D/mmB/mm极限转速n/mm126314621410500060800680004500015012535244300480016.1式例例一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d＝35mm，转速n＝2900r/min，径向载荷Fr＝1770N，轴向载荷Fa＝720N，预期使用寿命为6000h，试选择轴承的型号。分析：本题的特点是深沟球轴承同时承受径向载荷和轴向载荷，但由于轴承型号未定，C0r之值未定，因此Fa/C0、e及Y值都无法确定，必须试算。试算的方法有三种：（1）预选某一型号的轴承；（2）预选某一e值（或Fa/C0值）；（3）预选某一Y值。由于此处轴颈直径已知，现采用预选轴承型号的方法。解:先试选6307轴承024.0295007200aCF407.01770720raFFN249072008.2177056.0arrYFXFPN30300106000290060124902.110603161610htdrLnfPfC对6407轴承N28600106000290060123502.1106031616h10tdrLnfPfC038.0192007200aCFN235072089.1177056.0arrYFXFP对6307轴承RV1RV2RH1RH2FRFAFT22rHVFRR?aAFF而：径向载荷FR的计算见轴系受力分析，即：1）角接触轴承的内部轴向力SFSFRQiRiFSi向心角接触轴承（角接触球轴承、圆锥滚子轴承）受纯径向载荷作用后，会产生内部轴向分力FS。OO－支反力作用点，即法线与轴线的交点。α表16.7给出了FS的近似计算方法。角接触球轴承内部轴向力：注意FS的方向四、角接触轴承轴向载荷的计算2）角接触轴承的排列方法为使S得到平衡，角接触轴承必须成对使用。一般有两种安装形式：●正装－面对面安装两轴承外圈的窄边相对，即内部轴向力指向相对。●反装－背靠背安装两轴承外圈的宽边相对，即内部轴向力指向相背。正装时跨距短，轴刚度大；反装时跨距长，轴刚度小；问题：两个角接触轴承朝一个方向布置行吗？为简化计算，认为支反力作用于轴承宽度的中点。FAFS1FS2FAFS1FS23）角接触轴承的轴向载荷Fa当外载既有径向载荷又有轴向载荷时，角接触轴承的轴向载荷Fa＝？要同时考虑轴向外载FA和内部轴向力FS。12R1①轴承正装时：●若FS1+FAFS2FS1FS2FAS圆锥滚子轴承的简图如下（将内圈与轴视为一体）：轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，但外圈被固定，使得FS2和△S都是右轴承所受的力，故：使轴向力平衡，故：右轴承被压紧，会产生反力△S，而左轴承被放松，R2合力11aFS即：Fa1=FS1（放松端）Fa2=FS1＋FA（压紧端）FS1+FA=FS2+△SFa2=FS2+△S=FS1+FA●若FS1+FAFS2FS1FS2FAS′12轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，FS1和△S′都是左轴承所受的力,故：使轴向力平衡：故：左轴承被压紧，会产生反力△S′，而右轴承被放松，即：（压紧端）（放松端）合力FS1+FA+S′=FS2=FS2-FAFa1=FS1+S′Fa2=FS2Fa1=FS2-FAFa2=FS2FAS′FS1FS212②轴承反装时：●若FS2+FAFS1轴向合力向右，轴有向右移动的趋势，左轴承被压紧，会产生反力△S′，使轴向力平衡：∴（压紧端）（放松端）FS1+△S′=FS2+FAFa1=FS2+FAFa2=FS2FASFS1FS212轴向合力向左，轴有向左移动的趋势，右轴承被压紧，会产生反力△S，使轴向力平衡：●若FS2+FAFS1，（放松端）（压紧端）∴FS1=FS2+FA+△SFa1=FS1Fa2=FS1-FA归纳如下：(1)根据排列方式判明内部轴向力FS1、FS2的方向；(2)判明轴向合力指向及轴可能移动的方向，分析哪端轴承被“压紧”，哪端轴承被“放松”；(3)“放松”端的轴向载荷等于自身的内部轴向力，“压紧”端的轴向载荷等于除去自身内部轴向力外其它轴向力的代数和。（如深沟球轴承）FAR1R2因为：α＝0,FS1＝0，FS2＝0所以：Fa＝FA图中：Fa1＝0Fa2＝FA对于能够承受少量轴向力而α＝0的向心轴承：例某工程机械传动中轴承配置形式如图所示。已知：轴向外载荷FA＝2000N，轴承径向载荷Fr1＝4000N,Fr2＝5000N.转速n＝1500r/min,中等冲击，工作温度不超过100°，要求轴承预期寿命L’h=5000h.问采用30311轴承是否合适？解：查手册30311轴承Y=1.7,e＝0.35，C＝152000N查表16.7得：40001176.521.7NN轴有右移趋势轴承1压紧，轴承2方松FAFr1Fr221S1S21、计算轴承所受轴向载荷Fa2、计算当量动载荷P轴承1113470.60.86770.354000arFF由表16.6查得X=0.40,已知Y=1.7则221470.60.2940.355000arFF轴承23、验算基本额定动载荷C查表16.5，取ft＝1.00滚子轴承10/312PP按1P计算结论：采用一对30311圆锥滚子轴承寿命足够中等冲击载荷，查表16.4取fp＝1.6例例如图所示为用一对30206圆锥滚子轴承支承的轴，轴的转速n＝1430r/min，轴承的径向载荷（即支反力）分别为Fr1＝4000N，Fr2＝4250N，轴向外载荷FA＝350N，方向向左，工作温度低于100°C，有中等冲击。试计算两轴承的寿命。解①由手册查得30206轴承：Cr＝43200N，e=0.37，X＝0.4，Y=1.6②计算派生轴向力③计算轴承的轴向载荷S1AS2N16803501330FFFN16803501330AS2a1FFFN1330S2a2FF④计算轴承的当量动载荷eFF42.040001680r1a1eFF31.042501330r2a24290N16806.140004.0a1r1r1YFXFP4250Nr2r2FP⑤计算轴承的寿命h665042905.14320011430601060103106r1drt610h1PfCfnLh686042505.14320011430601060103106r2drt610h2PfCfnL四、滚动轴承的静强度计算0X0Y强度条件：000PSCa0r00FYFXP目的：防止在载荷作用下产生过大的塑性变形。基本额定静载荷C0：滚动轴承受载后，在承载区内受力最大的滚动体与滚道接触处的接触应力达到一定值时的静载荷静径向载荷系数静轴向载荷系数0S静强度安全系数