軸承計(jì)算方法課件

1、14.3.3滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算1.壽命 軸承工作時(shí)，滾動(dòng)體或套圈出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前的累計(jì)總轉(zhuǎn)數(shù)（或工作小時(shí)數(shù)），稱(chēng)為軸承的壽命。 2.基本額定壽命 同型號(hào)的一批軸承，在相同的工作條件下，由于材質(zhì)、加工、裝配等不可避免地存在差異，因此壽命并不相同而呈現(xiàn)很大的離散性，最高壽命和最低壽命可能差40倍之多。一批在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的同一型號(hào)的軸承，其可靠度為90%（即失效率為10%）時(shí)的壽命稱(chēng)為基本額定壽命。換言之，一批同型號(hào)軸承工作運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到基本額定壽命時(shí)，已有10的軸承先后出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，90%的軸承還能繼續(xù)工作。壽命的單位若為轉(zhuǎn)數(shù)，用表示；若為工作小時(shí)數(shù)，用h表示。 3.基本額定動(dòng)負(fù)荷 軸承的壽命與所受負(fù)荷

2、的大小有關(guān)，工作負(fù)荷愈大，軸承的壽命就愈短。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，基本額定壽命為一百萬(wàn)轉(zhuǎn)（=106轉(zhuǎn)）時(shí)，軸承所能承受的負(fù)荷稱(chēng)為基本額定動(dòng)負(fù)荷，單位為牛頓（）。對(duì)于徑向接觸軸承，這一負(fù)荷是指純徑向負(fù)荷，對(duì)于角接觸軸承和圓錐滾子軸承，是使軸承套圈之間只產(chǎn)生徑向位移的負(fù)荷的徑向分量，對(duì)這些軸承，就具體稱(chēng)為徑向基本額定動(dòng)負(fù)荷，用符號(hào)r表示；對(duì)于推力軸承，是指作用于軸承中心的純軸向負(fù)荷，具體稱(chēng)為軸向基本額定動(dòng)負(fù)荷a。4. 壽命計(jì)算公式 根據(jù)大量試驗(yàn)和理論分析結(jié)果推導(dǎo)出軸承疲勞壽命計(jì)算公式如下： 公式一式中 基本額定動(dòng)負(fù)荷。對(duì)向心軸承為Cr，推力軸承為Ca，N；當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，；溫度系數(shù)； 負(fù)荷系數(shù)；壽命指數(shù)，球軸

3、承=3，滾子軸承=10/3；軸承的工作轉(zhuǎn)速，r/min。溫度系數(shù)ft 工作溫度，/ 120125150175200225250300ft1.00.950.900.850.800.750.700.6沖擊負(fù)荷系數(shù)fp 負(fù)荷性質(zhì) fp 舉例 無(wú)沖擊或輕微沖擊 1.01.2電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵 中等沖擊 1.21.8車(chē)輛、機(jī)床、起重機(jī)、冶金設(shè)備、內(nèi)燃機(jī) 強(qiáng)大沖擊 1.83.0破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、石油鉆機(jī)、振動(dòng)篩 如果設(shè)計(jì)時(shí)要求軸承達(dá)到規(guī)定的預(yù)期壽命， 則在已知當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P和轉(zhuǎn)速n的條件下，可按下式算得軸承應(yīng)當(dāng)具有的基本額定動(dòng)負(fù)荷CC，但使CC小于所選軸承的C值： 公式二 式中 軸承預(yù)期壽命，（），推

4、薦的軸承使用壽命見(jiàn)下表。軸承預(yù)期壽命薦用值 使用條件 使用壽命Lh/h不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備 3003000短期或間斷使用的機(jī)械，中斷使用不致引起嚴(yán)重后果，如手動(dòng)機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、裝配吊車(chē)、回柱絞車(chē)等 30008000間斷使用的機(jī)械，中斷使用將引起嚴(yán)重后果，如發(fā)電站輔助設(shè)備、流水線傳動(dòng)裝置、升降機(jī)、膠帶輸送機(jī)等 800012000每天工作八小時(shí)的機(jī)械（利用率不高），如電機(jī)、一般齒輪裝置、破碎機(jī)、起重機(jī)等 1000025000每天工作八小時(shí)的機(jī)械（利用率較高），如機(jī)床、工程機(jī)械、印刷機(jī)械、木材加工機(jī)械等 200003000024小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，如壓縮機(jī)、泵、電機(jī)、軋機(jī)齒輪裝置、礦井提升機(jī)等 4

5、00005000024小時(shí)連續(xù)工作的機(jī)械，中斷使用將引起嚴(yán)重后果，如造紙機(jī)械、電站主要設(shè)備、礦用水泵、通風(fēng)機(jī)等 約100000公式一和公式二分別用于不同情況。當(dāng)軸承型號(hào)已定時(shí)，用式一校核軸承的壽命，要求；型號(hào)未定時(shí)，用式二選軸承型號(hào)，要求CC。5. 當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷的計(jì)算 滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)負(fù)荷是在向心軸承只受徑向負(fù)荷，推力軸承只受軸向負(fù)荷的特定條件下確定的。實(shí)際上，軸承往往承受著徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷的聯(lián)合作用，因此，須將該實(shí)際聯(lián)合負(fù)荷等效為一假想的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P來(lái)處理，在此載荷作用下，軸承的工作壽命與軸承在實(shí)際工作負(fù)荷下的壽命相同。 （1)只承受徑向負(fù)荷P的徑向接觸軸承 （2）對(duì)于只承受軸向負(fù)荷P的

6、軸向接觸軸承 （3）對(duì)于同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷的深溝球軸承和角接觸軸承 式中，X、Y分別為徑向負(fù)荷系數(shù)和軸向負(fù)荷系數(shù)，可查表得其數(shù)值。6. 向心角接觸軸承軸向負(fù)荷的計(jì)算向心角接觸軸承（3類(lèi)、7類(lèi)）在受到徑向載荷作用時(shí)，將產(chǎn)生使軸承內(nèi)外圈分離的附加的內(nèi)部軸向力（見(jiàn)右圖），其值按表所列公式計(jì)算，其方向由軸承外圈寬邊所在端面（背面），指向外圈窄邊所在端面（前面）。為了保證軸承正常工作，向心角接觸軸承通常成對(duì)使用。成對(duì)布置的方式有兩種：前面對(duì)前面的安裝稱(chēng)為正裝，背面對(duì)背面的安裝稱(chēng)為反裝。由于向心角接觸軸承產(chǎn)生內(nèi)部軸向力，故在計(jì)算其當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷時(shí)，式中的軸向負(fù)荷并不等于軸向外力，而是應(yīng)根據(jù) 整個(gè)軸上所

7、有軸向受力（軸向外力、內(nèi)部軸向力，）之間的平衡關(guān)系確定兩個(gè)軸承最終受到的軸向負(fù)荷，。下面以正裝情況為例進(jìn)行分析。 (1)當(dāng)時(shí)，軸有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，使右端軸承壓緊，左端軸承放松，由力平衡條件可知 “壓緊”端軸承所受的軸向負(fù)荷= “放松”端軸承所受的軸向負(fù)荷= (2) 當(dāng)時(shí)，軸有向左移動(dòng)的趨勢(shì)，使左端軸承壓緊，右端軸承放松，由力平衡條件可知 “壓緊”端軸承所受的軸向負(fù)荷=- “放松”端軸承所受的軸向負(fù)荷= 由此可總結(jié)出計(jì)算向心角接觸軸承軸向負(fù)荷Fa的步驟如下：（1）確定軸承內(nèi)部軸向力，的方向（由外圈寬邊指向窄邊，即正裝時(shí)相向，反裝時(shí)背向），并按表所列公式計(jì)算內(nèi)部軸向力的值； （2） 判斷軸向合力+

8、（計(jì)算時(shí)各帶正負(fù)號(hào)）的指向，確定被“壓緊”和被“放松”的軸承。正裝時(shí)，軸向合力指向的一端為緊端；反裝時(shí)，軸向合力指向的一端為松端；（3）松端軸承的軸向負(fù)荷僅為其本身的內(nèi)部軸向力；緊端軸承的軸向負(fù)荷則為除去本身的內(nèi)部軸向力后其余各軸向力的代數(shù)和。即 式中，下標(biāo)“緊”和“松”，分別代表緊端軸承和松邊軸承的受力；為代數(shù)和，即與Ka同向時(shí)加，反向時(shí)減，取絕對(duì)值。 上兩式對(duì)正裝與反裝的各種情況都適用，使用時(shí)只需將“緊”和“松”換成相應(yīng)的軸承編號(hào)即可。14.3.3滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算對(duì)于轉(zhuǎn)速很低（10r/min）、基本不轉(zhuǎn)或擺動(dòng)的軸承，其主要失效形式是塑性變形，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于雖然轉(zhuǎn)速較

9、高但承受重載或沖擊負(fù)荷的軸承，除必須進(jìn)行壽命計(jì)算外，還應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。 1.基本額定靜載荷 GB/T 4662-93規(guī)定，使受載最大的滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值（對(duì)調(diào)心軸承為4600MPa，所有其他球軸承為4200MPa，所有滾子軸承為4000MPa）的負(fù)荷，作為軸承靜強(qiáng)度的界限，稱(chēng)為基本額定靜負(fù)荷，用表示（向心軸承指徑向額定靜負(fù)荷，推力軸承指軸向額定靜負(fù)荷），其值可查閱軸承樣本。 2.當(dāng)量靜負(fù)荷 當(dāng)軸承上同時(shí)作用有徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷時(shí)，應(yīng)折合成一個(gè)當(dāng)量靜負(fù)荷，即式中和分別為徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，其值可查表1。若計(jì)算出的，則應(yīng)取=；對(duì)只承受徑向負(fù)荷的軸承，=；對(duì)只承

10、受軸向負(fù)荷的軸承，=。3.靜強(qiáng)度計(jì)算 靜強(qiáng)度計(jì)算公式為 式中，為靜強(qiáng)度安全系數(shù)，對(duì)于靜止軸承，可查表2；對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸承，可查表3；若軸承轉(zhuǎn)速較低，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)精度和摩擦力矩要求不高時(shí)，允許有較大接觸應(yīng)力。可取1；對(duì)于推力調(diào)心軸承，不論是否旋轉(zhuǎn)，均應(yīng)取4。 表2軸承靜載荷安全系數(shù)S0（靜止或擺動(dòng)軸承） 軸承的使用場(chǎng)合 S0水壩閘門(mén)裝置，大型起重吊鉤（附加載荷小） 1吊橋，小型起重吊鉤（附加載荷大） 1.51.6表3軸承靜載荷安全系數(shù)S0（旋轉(zhuǎn)軸承） 使用要求或載荷性質(zhì) S0球軸承 滾子軸承 對(duì)旋轉(zhuǎn)精度及平衡性要求高，或承受沖擊載荷 1.522.54正常使用 0.5213.5對(duì)旋轉(zhuǎn)精度及平穩(wěn)性要求較低，沒(méi)

11、有沖擊和振動(dòng) 0.521319 圖18-18軸承內(nèi)圈壓裝圖18-19軸承外圈壓裝圖18-20用軸承拆卸器拆卸軸承。在設(shè)計(jì)中應(yīng)預(yù)留拆卸空間。另外應(yīng)注意：從軸上拆卸時(shí)，應(yīng)卡住軸承的內(nèi)圈，如圖所示。從座孔中拆卸軸承時(shí)，應(yīng)用反向爪拆卸軸承的外圈。圖18-20 鉤爪拆卸器18-21墊平軸承壓拆軸承當(dāng)軸不太重時(shí)，可以用壓力法拆卸軸承，如圖18-21所示。注意采用該方法時(shí)，不可只墊軸承的外圈，以免損壞軸承。圖18-22是利用在開(kāi)口圓錐緊定套上的軸承支撐結(jié)構(gòu)裝拆軸承。安裝軸承時(shí)，將圓螺母上緊。在圓螺母沿軸向?qū)⑤S承壓緊在圓錐套上的同時(shí)，還在徑向壓迫圓錐套的開(kāi)口處使其緊固在軸上。拆卸時(shí)，松開(kāi)螺母使開(kāi)口處復(fù)原，從而

12、很容易將圓錐套與軸分開(kāi)。圖18-23利用具有環(huán)形油槽的軸頸拆卸軸承。為了軸承的拆卸方便在軸頸上開(kāi)出環(huán)形槽。在拆卸軸承時(shí)，將高壓油從油路入口打入。在壓力油的作用下軸承的內(nèi)圈撐大、軸頸壓縮，實(shí)現(xiàn)拆卸。在拆卸時(shí)，高壓油還可以起到潤(rùn)滑作用。圖18-22 開(kāi)口圓錐結(jié)構(gòu)圖18-23環(huán)形油槽二、滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和密封潤(rùn)滑和密封對(duì)滾動(dòng)軸承的使用壽命有重要意義。潤(rùn)滑的主要目的是減小摩擦與磨損。滾動(dòng)接觸部位形成油膜時(shí)，還有吸收振動(dòng)、降低工作溫度等作用。密封的目的是防止灰塵、水分等進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┑牧魇А?0 1滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑劑可以是潤(rùn)滑脂、潤(rùn)滑油或固體潤(rùn)滑劑。一般情況下，軸承采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，但在

13、軸承附近已經(jīng)具有潤(rùn)滑油源時(shí)（如變速箱內(nèi)本來(lái)就有潤(rùn)滑齒輪的油），也可采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。具體選擇可按速度因數(shù)dn值來(lái)定。d代表軸承內(nèi)徑（mm）；n代表軸承轉(zhuǎn)速（r/min），dn值間接地反映了軸頸的圓周速度，當(dāng)dn(1.52)105mmr/min時(shí)，一般滾動(dòng)軸承可采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，超過(guò)這一范圍宜采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。脂潤(rùn)滑因潤(rùn)滑脂不易流失，故便于密封和維護(hù)，且一次充填潤(rùn)滑脂可運(yùn)轉(zhuǎn)較長(zhǎng)時(shí)間。油潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)是比脂潤(rùn)滑摩擦阻力小，并能散熱，主要用于高速或工作溫度較高的軸承。潤(rùn)滑油的粘度可按軸承的速度因數(shù)dn和工作溫度t來(lái)確定。油量不宜過(guò)多，如果采用浸油潤(rùn)滑則油面高度不超過(guò)最低滾動(dòng)體的中心，以免產(chǎn)生過(guò)大的攪油損耗和熱

14、量。高速軸承通常采用滴油或噴霧方法潤(rùn)滑。2滾動(dòng)軸承的密封滾動(dòng)軸承密封方法的選擇與潤(rùn)滑的種類(lèi)、工作環(huán)境、溫度、密封表面的圓周速度有關(guān)。密封方法可分兩大類(lèi)：接觸式密封和非接觸式密封。它們的密封型式、適用范圍和性能可查閱表18-13。表18-13 滾動(dòng)軸承的密封方法密封方法圖例說(shuō)明接觸式密封在軸承蓋上開(kāi)出梯形槽，將矩形剖面的毛氈圈，放置在梯形槽中與軸接觸，對(duì)軸產(chǎn)生一定的壓力進(jìn)行密封。這種密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但摩擦較嚴(yán)重，主要用于v45m/s脂潤(rùn)滑場(chǎng)合在軸承蓋中放置密封圈，密封圈用皮革、耐油橡膠等材料制成，有的帶金屬骨架，有的沒(méi)有骨架。密封圈與軸緊密接觸而起密封作用。圖a密封唇朝里，目的是防漏油，圖b密封唇

15、朝外，目的是防灰塵、雜質(zhì)進(jìn)入21 非接觸式密封在軸與軸承蓋的通孔壁間留0.10.3mm的極窄縫隙，并在軸承蓋上車(chē)出溝槽，在槽內(nèi)填滿油脂，以起密封作用。這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多用于v56m/s的場(chǎng)合將旋轉(zhuǎn)的和固定的密封零件間的間隙制成迷宮（曲路）形式，縫隙間填入潤(rùn)滑脂以加強(qiáng)潤(rùn)滑效果。這種方法對(duì)脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑都很有效，尤其適用于環(huán)境較臟的場(chǎng)合。圖a為徑向曲路，徑向間隙d不大于0.10.2mm；圖b為軸向曲路，因考慮到軸受熱后會(huì)伸長(zhǎng)，間隙應(yīng)取大些，d=1.52mm 組合密封把毛氈和迷宮組合一起密封，可充分發(fā)揮各自?xún)?yōu)點(diǎn)，提高密封效果，多用于密封要求較高的場(chǎng)合本章要點(diǎn)(1)滾動(dòng)軸承的型號(hào)及其特性，并正確選擇

16、軸承。(2)根據(jù)壽命計(jì)算公式確定滾動(dòng)軸承的壽命或驗(yàn)算，軸承的組合設(shè)計(jì)。(3)角接觸球軸承和圓錐滾子軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算。(4)常見(jiàn)軸系零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。習(xí)題18-1 滾動(dòng)軸承主要類(lèi)型有哪幾種？各有何特點(diǎn)？試畫(huà)出它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。18-2 說(shuō)明下列型號(hào)軸承的類(lèi)型、尺寸、系列、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及精度等級(jí)：32210E，52411/P5，61805，7312AC，NU2204E。18-3 選擇滾動(dòng)軸承應(yīng)考慮哪些因素？試舉出12個(gè)實(shí)例說(shuō)明之。18-4 滾動(dòng)軸承的主要失效形式是什么？應(yīng)怎樣采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？18-5 試按滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算公式分析：（1）轉(zhuǎn)速一定的7207C軸承，其額定動(dòng)載荷從C增為2C時(shí)，壽命是

17、否增加一倍？（2）轉(zhuǎn)速一定的7207C軸承，當(dāng)量動(dòng)載荷從P增為2P時(shí)，壽命是否由Lh下降為L(zhǎng)h/2？（3）當(dāng)量動(dòng)載荷一定的7207C軸承，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速由n增為2n時(shí)，其壽命有何變化？22 18-6選擇下列正確答案。滾動(dòng)軸承的額定壽命是指一批相同的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)其中的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕時(shí)所達(dá)到的壽命。(a) 1% (b) 5% (c) 10% (d) 50% 18-7一礦山機(jī)械的轉(zhuǎn)軸，兩端用6313深溝球軸承；每個(gè)軸承受徑向載荷R=5400 N，軸的軸向載荷A=2650 N，軸的轉(zhuǎn)速n=1250 r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕微沖擊，預(yù)期壽命Lh=5000 h，問(wèn)是否適用？18-8 根據(jù)工作條

18、件，某機(jī)械傳動(dòng)裝置中軸的兩端各采用一深溝球軸承，軸頸直徑d=35mm，轉(zhuǎn)速n=1460r/min，每個(gè)軸承受徑向負(fù)荷R=2500N，常溫下工作，負(fù)荷平穩(wěn)，預(yù)期壽命Lh=8000h，試選擇軸承的型號(hào)。18-9一深溝球軸承6304承受徑向力R=4 kN，載荷平穩(wěn)；轉(zhuǎn)速n=960 r/min，室溫下工作，試求該軸承的額定壽命，并說(shuō)明能達(dá)到或超過(guò)此壽命的概率。若載荷改為R=2 kN時(shí)，軸承的額定壽命是多少？18-10如圖18-24所示為一對(duì)7209C軸承承受徑向負(fù)荷R1=8000N，R2=5000N，試求當(dāng)軸上作用的軸向負(fù)荷為FA=2000N時(shí)，軸承所受的軸向負(fù)荷A1與A2。圖18-24 圖18-25 18-11圖18-25中一對(duì)圓錐滾子軸承，已知軸承1和軸承2的徑向載荷分別為R1=584N，R2=1776N，軸上作用的軸向載荷FA=146N。軸承載荷有中等沖擊，工作溫度不大于100C，試求軸承1和軸承2的當(dāng)量動(dòng)載荷P。18-12一雙向推力球軸承52310，受軸向負(fù)荷A=4800N，軸的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，負(fù)荷有中等沖擊，試計(jì)算其額定壽命。18-13某機(jī)械的轉(zhuǎn)軸，兩端各用一個(gè)徑向軸承支持。已知軸頸d=40 mm，轉(zhuǎn)速n=1000 r/min，每個(gè)軸承的徑向載荷R=5880 N，載荷平穩(wěn)，工作溫度125C，預(yù)期壽命Lh=5000 h，試分別按深溝球軸承和圓柱滾子軸承選擇型號(hào)。并比