游隙及载荷对滚动轴承载荷分布的影响

游隙及载荷对滚动轴承载荷分布的影响*王金龙(甘肃长城电工集团有限责任公司,甘肃兰州摇730030)摘摇要:基于滚动轴承动力学、Hertz弹性接触理论和轴承宏观几何学,建立了滚动轴承的分析模型。分析游隙及载荷对滚动轴承载荷分布的影响。分析结果表明:随着径向游隙的减小,轴承的接触分布范围角增大;随着径向载荷的减小,轴承接触分布范围角减小;当轴承出现负游隙时,轴承内、外圈相对变形量较小,但轴承中滚动体的平均载荷增加,会导致轴承寿命降低。关键词:滚动轴承;游隙;载荷分布中图分类号:TH133摇摇摇摇摇摇文献标志码:A摇摇摇摇摇摇文章编号:1007-4414(2015)03-0169-02EffectofClearanceandLoadonRollingBearingLoadDistributionWANGJin-long(GansuGreatWallElectricalGroupCo.,Ltd,LanzhouGansu摇730030,China)Abstract:Basedonthebearingdynamictheory,theHertzcontacttheoryandbearingmacroscopicgeometry,ananalysismod鄄elofrollingbearingswhichanalyzestheeffectofclearanceandloadontheloaddistributionisbuiltinthispaper.Theresultsshowthattheangleofbearingcontactdistributionincreaseswithdecreaseoftheradialclearance,anditdecreaseswithde鄄creaseoftheradialload;whilewhenthenegativeinternalclearanceofbearingappears,therelativedeformationofinnerandouterringsareless,buttheaverageloadofrollingelementsincreases,whichwouldresultinthereductionofbearinglife.Keywords:rollingbearing;clearance;loaddistribution0摇引摇言轴承是许多机械设备的关键部件,一旦轴承失效,将会引起严重后果。轴承的径向游隙对轴承的使用寿命有着重要影响,过大或过小都会引发轴承故障。过大的游隙会造成系统运转精度降低,噪声和振动增大,同时使轴承承载能力降低,缩短轴承使用寿命;过小的游隙会使轴承生热增多,导致系统温度过高,甚至烧损轴承,引发故障,所以分析轴承的游隙及载荷对轴承的载荷分布非常有必要[1-4]。1摇轴承的游隙轴承的游隙是指轴承内外圈的相对位移量,即将轴承内圈或外圈固定,另一套圈从一个极限位置至另一极限位置的距离。径向位移量称为径向游隙,轴向位移量称为轴向游隙。轴承的轴向游隙可以通过选用合适的轴承配置来调整,所以一般情况只需要校核轴承的径向游隙,但对于角接触轴承需要预紧的场合除外[5-6]。角接触球轴承可以通过施加预负荷来调整或消除原始游隙。深沟球轴承由于结构限制,一般只能承受径向负荷,游隙的存在会使钢球与滚道之间的初始间隙发生变化,游隙不仅影响到接触角,而且还影响到应力、变形、载荷分布和疲劳寿命[7-8]。2摇载荷分布范围如图1所示,以变形前轴承的中心为基准,径向负荷作用方向的角度为0毅,顺时针方向角度为正,轴承内环任意点与径向负荷作用方向的夹角定义为位置鬃,则该点的径向位移u鬃可表示为:u鬃=urcos鬃-0.5酌(1)式中:ur为轴承径向位移;酌为轴承径向游隙。图1摇深沟球轴承在径向载荷作用下的变形示意图摇摇当鬃=0毅时,轴承的内、外圈的最大径向接触变形量umax可以表示为:umax=ur-0.5酌(2)由上述式子可得:u鬃=umax1-12着(1-cos鬃[])(3)·961··机械研究与应用·2015年第3期(第28卷,总第137期)摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇经验交流*收稿日期:2015-05-27作者简介:王金龙(1989-),男,甘肃金昌人,助理工程师,主要从事规划,管理,统计分析,计算机管理与维护方面的工作。式中:着=121-酌2uéëêêùûúúr;着为负荷分布系数,表示负荷区域相对大小。当酌=0时,负荷分布系数着=12。根据赫兹接触理论,接触载荷与变形量的3/2次幂成正比关系[9],即:Q=Knu3/2(4)式中:Q为接触载荷;Kn为点接触刚度;u为接触变形量。整理可得:Q鬃/Qmax=(u鬃/umax)(5)将式(3)代入式(5),可得:Q鬃=Qmax1-12着(1-cos鬃[])3/2(6)当轴承处于静力平衡状态时,轴承所承受的轴向载荷等于轴承内、外圈与滚动体之间的接触载荷Q鬃的合力,即Fr=移鬃l鬃=-鬃lQ鬃cos鬃(7)式中:鬃l为轴承的接触分布范围角。图2游隙对载荷分布范围的影响摇摇当游隙酌0时,即有游隙状态,载荷分布范围角为0|鬃l|90毅,如图2(a)所示。当游隙酌=0时,即无游隙状态,载荷分布范围角为鬃l=90毅,如图2(b)所示。当游隙酌0时,即负游隙状态,载荷分布范围角为90毅|鬃l|180毅,如图2(c)所示。3摇径向载荷对载荷分布的影响本文选取型号为6209/P2的深沟球轴承作为计算例子,分析径向载荷对载荷分布的影响。如图3所示,当酌=0.0152mm时,在不同径向载荷作用下,轴承滚动体与滚道之间的接触载荷分布。图3摇径向载荷对接触载荷分布的影响3摇结摇论滚动轴承的游隙对载荷分布有着很大的影响,选用时,应当考虑具体使用工况及设备设计寿命。(1)当外界条件相同时,随着径向游隙的减小,轴承的接触分布范围角鬃l增大。最大接触载荷减小。随着径向载荷的减小,轴承接触分布范围角鬃l减小,最大接触载荷增大。(2)当轴承游隙减小到一定程度时,即出现负游隙,轴承在外载荷作用下的内、外圈相对变形量较小,但轴承中滚动体的平均接触载荷增加,会导致轴承寿命降低。参考文献:[1]摇T.A.Harris,M.N.Kotzalas,罗继伟(译).滚动轴承分析:第1卷.轴承技术的基本概念[M].北京:机械工业出版社,2010.[2]摇罗继伟,罗天宇.滚动轴承分析计算与应用[M].北京:机械工业出版社,2009.[3]摇万长森.滚动轴承的方法[M].北京:机械工业出版社,1987.[4]摇冈本纯三,黄志强译.球轴承的设计计算[M].北京:机械工业出版社,2003.[5]摇胡鹏浩,费业泰,黄其圣.滚动轴承最佳工作游隙的确定[J].仪器仪表学报,2002,23(z3):33-35.[6]摇张摇勇,费业泰,刘善林,等.高速旋转的滚动轴承工作游隙影响因素的分析[J].应用科学学报,2005,23(6):635-639.[7]摇王正君,徐一春,张善青,等.机床主轴滚动轴承游隙组的选择计算[J].机床与液压,2002(3):68-69.[8]摇窦摇锋,寇摇鹏,王摇斌,等.轴承的游隙及游隙的选择[J].机械设计与制造,2009(4):264-265.[9]摇HertzH.Onthecontactofelasticsolids[J].J.ReineundAngew.Math.,1881,92.·071·经验交流摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇2015年第3期(第28卷,总第137期)·机械研究与应用·