滾動軸承選擇與壽命校核計算

1、9-1概述滾動軸承依靠其主要元件間的滾動接觸來支承轉(zhuǎn)動或擺動零件，其相對運動表面間的摩擦是滾動摩擦。 圖9-1滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)如圖9-1所示，它由下列零件組成：(1)帶有滾道的內(nèi)圈1和外圈2；(2)滾動體(球或滾子)3；(3)隔開并導(dǎo)引滾動體的保持架4。有些軸承可以少用一個套圈(內(nèi)圈或外圈)，或者內(nèi)、外兩個套圈都不用，滾動體直接沿滾道滾動。內(nèi)圈裝在軸頸上，外圈裝在軸承座中。通常內(nèi)圈隨軸回轉(zhuǎn)，外圈固定，但也有外圈回轉(zhuǎn)而內(nèi)圈不動，或是內(nèi)、外圈同時回轉(zhuǎn)的場合。常用的滾動體有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子、非對稱球面滾子等幾種，如圖9-2所示。軸承內(nèi)、外圈上的滾道，有限制滾

2、動體側(cè)向位移的作用。圖9-2常用的滾動體與滑動軸承相比，滾動軸承的主要優(yōu)點為：1、摩擦力矩和發(fā)熱較小。在通常的速度范圍內(nèi)，摩擦力矩很少隨速度而改變。起動轉(zhuǎn)矩比滑動軸承要低得多(比后者小8090%)；2、維護比較方便，潤滑劑消耗較?。?、軸承單位寬度的承載能力較大；4、大大地減少有色金屬的消耗。滾動軸承的缺點是：徑向外廓尺寸比滑動軸承大；接觸應(yīng)力高，承受沖擊載荷能力較差，高速重負荷下壽命較低；小批生產(chǎn)特殊的滾動軸承時成本較高；減振能力比滑動軸承低。 9-2滾動軸承的主要類型及其代號一、滾動軸承的主要類型、性能與特點按滾動體的形狀，滾動軸承可分為球軸承和滾子軸承。按接觸角的大小和所能承受載荷的方向

3、，軸承可分為：1、向心軸承：公稱接觸角：045，向心軸承又可細分為：A、徑向接觸軸承：0，只能承受徑向載荷(如圓柱滾子軸承)，或主要用于承受徑向載荷，但也能承受少量的軸向載荷(如深溝球軸承)；B、向心角接觸軸承：045，能同時承受徑向載荷和單向的軸向載荷(如角接觸球軸承及圓錐滾子軸承)。2、推力軸承：公稱接觸角：4590，推力軸承又可細分為：A、軸向接觸軸承：90，只用于承受軸向載荷；B、推力角接觸軸承：45e時的Y 值。圖9-9所示為一成對安裝的向心角接觸軸承(可以是角接觸球軸承或圓錐滾子軸承)，及分別為作用于軸上的徑向外載荷及軸向外載荷。兩軸承所受的徑向載荷為及，相應(yīng)的派生軸向力為及。圖9

4、-9向心角接觸軸承的軸向載荷取軸和軸承內(nèi)圈為分離體，當(dāng)軸處于平衡狀態(tài)時，應(yīng)滿足：+=如果+，如圖9-10所示，則軸有右移的趨勢，此時右邊軸承被壓緊，左邊軸承被放松。但實際上軸并沒有移動。因此，根據(jù)力的平衡關(guān)系，作用在軸承的外圈上的力應(yīng)是，且有：+=故 +圖9-10軸向力示意圖(S1+FAS2時)作用在軸承上的總的軸向力為： +(9-8a)作用在軸承上的軸向力為(即軸承1只受其自身的派生軸向力)：=(9-8b)如果+(見圖9-11)。此時軸有左移的趨勢，軸承被壓緊，軸承被放松，為了保持軸的平衡，在軸承的外圈上必有一個平衡力 作用，作與上述同樣的分析，得作用在軸承及軸承上的軸向力分別為：圖9-11

5、軸向力示意圖(S1+FA0.1C)下工作時，接觸應(yīng)力將增大；向心軸承受軸向力作用時，將使受載滾動體增加，增大軸承接觸表面間的摩擦，使?jié)櫥瑧B(tài)變壞。這時，要用負荷系數(shù) f1 和負荷分布系數(shù) f2 對手冊中的極限轉(zhuǎn)速值進行修正。這樣，滾動軸承極限轉(zhuǎn)速的約束條件為： f1f2式中：f1、f2的值可從圖9-12中查得。(a)載荷系數(shù)(b)載荷分配系數(shù)圖9-12載荷系數(shù)和載荷分配系數(shù)(三)靜強度校核由于不轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速極低的軸承，其主要的失效形式是產(chǎn)生過大的塑性變形，因此，靜強度的校核的目的是要防止軸承元件產(chǎn)生過大的塑性變形。其約束強度條件為或式中：S0為軸承靜強度安全系數(shù)，其值見表9-10；為徑向額定靜載荷

6、。它是在最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，引起與下列計算接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)膹较蜢o載荷：對調(diào)心球軸承為4600MPa；對所有其它的向心球軸承為4200MPa；對所有向心滾子軸承為4000MPa。對單列角接觸球軸承，其徑向額定靜載荷是指使軸承套圈間僅產(chǎn)生相對純徑向位移的載荷的徑向分量。為軸向額定靜載荷。它是在最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，引起與下列計算接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)闹行妮S向靜載荷：對推力球軸承為4200MPa；對所有推力滾子軸承為4000MPa。為徑向當(dāng)量靜載荷。它是指最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，引起與實際載荷條件下相同接觸應(yīng)力的徑向靜載荷。為軸向當(dāng)量靜載荷。它是指最大載荷滾動體與滾道接觸中心處，

7、引起與實際載荷條件下相同接觸應(yīng)力的軸向靜載荷。、 可從有關(guān)設(shè)計手冊中查到。、可分別按下面的公式進行計算。(1)對深溝球軸承、角接觸球軸承、調(diào)心球軸承：(取上兩式計算值較大者)(2)向心球軸承和0的向心滾子軸承：0；(取上兩式計算值較大者)a0(且僅承受徑向載荷的向心滾子軸承)；(3)a90的推力軸承：(4)90的推力軸承：2.3tga對于雙向軸承，此公式適用于徑向載荷與軸向載荷之比為任意值的情況。對于單向軸承，當(dāng)/0.44ctga時，該公式是可靠的。當(dāng)/大至0.67ctga時，該公式仍可給出滿意的值。式中：和分別為當(dāng)量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，其值見表9-11。為軸承徑向載荷即軸承實

8、際載荷的徑向分量(N)；為軸承軸向載荷即軸承實際載荷的軸向分量(N)；a 為接觸角。表9-10靜載荷安全系數(shù)軸承使用性況使用要求、負荷性質(zhì)及使用場合旋轉(zhuǎn)軸承對旋轉(zhuǎn)精度和平穩(wěn)性要求較高，或受強大沖擊負荷一般情況對旋轉(zhuǎn)精度和平穩(wěn)性要求較低，沒有沖擊或振動1.22.50.81.20.50.8在工作載荷下基本不旋轉(zhuǎn)或擺動軸承水壩門裝置吊橋附加動載荷較小的大型起重機吊鉤附加動載荷很大的小型裝卸起重機吊鉤1.01.51.01.6各種使用場合下的推力調(diào)心滾子軸承2表9-11系數(shù)和的值軸承類型單列向心球軸承雙列向心球軸承0的向心滾子軸承深溝球軸承0.60.50.60.50.510.22ctga0.44ctga

9、角接觸球軸承a()152025303540450.50.50.50.50.50.50.50.460.420.380.330.290.260.2211111110.920.840.760.660.580.520.44圓錐滾子軸承0.50.22ctga10.44ctga調(diào)心球軸承(0)0.50.22ctga10.44ctga注：對于兩套相同的單列深溝球軸承以背對背或“面對面”安裝(成對安裝)在同一軸上作為一個支承整體運轉(zhuǎn)情況下，計算其徑向當(dāng)量靜載荷時用雙列軸承的和值，以和為作用在該支承上的總載荷。對于中間接觸的值，用線性內(nèi)插法求得。例題例9-1 如下圖所示，軸上正裝一對圓錐滾子軸承，型號為3030

10、5，已知兩軸承的徑向載荷分別為R1=2500N，R2=5000N，外加軸向力FA=2000N，該軸承在常溫下工作，預(yù)期工作壽命為 =2000小時，載荷系數(shù)fp=1.5，轉(zhuǎn)速n=1000 r/min。試校核該對軸承是否滿足壽命要求。軸承部件受載示意圖解：在本例中，軸承的徑向載荷Fr用R 表示，軸向載荷Fa用A 表示。查軸承手冊得30305型軸承基本額定動載荷Cr=44800N，e=0.30，Y = 2。1、計算兩軸承的派生軸向力S由表9-9查得，圓錐滾子軸承的派生軸向力為S=R/(2Y)，則 ，方向向右，方向向左2、計算兩軸承的軸向載荷A1、A2S2+FA=1250+2000 = 3250 N，

11、 S2+FA S1 軸承被壓緊，軸承被放松，故A1=S2+FA=3250 NA2=S2=1250 N3、計算兩軸承的當(dāng)量動載荷P軸承的當(dāng)量動載荷P1：查表9-7得X1 = 0.4，Y1 = 2軸承的當(dāng)量動載荷P2：查表9-7得X2 = 1，Y2 = 04、驗算兩軸承的壽命由于軸承是在正常溫度下工作，t 120，查表9-5得 ft =1；滾子軸承的e10/3，則軸承I的壽命 軸承的壽命由此可見，軸承不滿足壽命要求，而軸承滿足要求。9-6支承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、滾動軸承支承部件的功能要求支承部件的主要功能是對軸系回轉(zhuǎn)零件起支承作用，并承受徑向和軸向作用力，保證軸系部件在工作中能正常地傳遞軸向力以防止

12、軸系發(fā)生軸向竄動而改變工作位置。為滿足功能要求，必須對滾動軸承支承部件進行軸向固定。(a)深溝球軸承(b)角接觸球軸承組合圖9-13滾動軸承的兩端固定圖9-13所示為兩端固定方法，每個支點的外側(cè)各有一個頂住軸承外圈的軸承蓋，它通過螺釘與機座聯(lián)接，每個軸承蓋限制軸系一個方向的軸向位移，合起來就限制了軸的雙向位移。軸向力的力流路線是通過軸肩、內(nèi)圈、外圈及軸承蓋來實現(xiàn)的。圖(a)為采用深溝軸承的結(jié)構(gòu)，只能承受少量的軸向力；圖(b)為采用角接觸軸承的結(jié)構(gòu)，可承受較大軸向力。這種支承形式屬功能集中型，每個軸承均承受徑向力、軸向力的復(fù)合作用，簡化了支承結(jié)構(gòu)。對于作用力較大的支承，為保證軸承工作能力的充分發(fā)

13、揮及有利于軸承的壽命計算，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計準則采取任務(wù)合理分配的支承形式。如圖9-14所示，左端支點由一個深溝球軸承和兩個推力球軸承組成。工作時，兩支點的深溝球軸承只需承受徑向力，推力球軸承則承受左、右兩個方向的軸向力。圖中分別顯示了軸向力向左和向右時的力流路線。這種支承結(jié)構(gòu)功能明確、力流關(guān)系清楚，有利于提高軸承的使用壽命。缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、龐大。 圖9-14任務(wù)合理分配的支承結(jié)構(gòu)圖9-15人字齒輪的支承結(jié)構(gòu)圖9-15所示為人字齒輪傳動，嚙合時齒輪的軸向力相互抵消。當(dāng)大齒輪軸兩端固定以后，小齒輪軸的軸向工作位置靠輪齒的形鎖合來保證。另外，由于加工誤差，齒輪兩側(cè)螺旋角不易做到完全一致，為使輪齒受力

14、均勻，嚙合傳動時，應(yīng)允許小齒輪軸系能作少量的軸向移動，故此時小齒輪軸系沿軸向不應(yīng)固定。圖中小齒輪軸兩端均選用圓柱滾子軸承，這種軸承內(nèi)、外圈可相互錯動，不會限制軸的位移。但為防止軸承因振動而松脫，對這種軸承的內(nèi)、外圈應(yīng)分別進行軸向固定，如圖中內(nèi)圈靠軸用彈性擋圈固定，外圈則靠孔用彈性擋圈及軸承蓋固定。由上述支承結(jié)構(gòu)可知，對軸系固定就是對滾動軸承進行軸向固定，其方法都是通過內(nèi)圈與軸的緊固、外圈與座孔的緊固來實現(xiàn)的。1、滾動軸承內(nèi)圈的固定方法：軸承內(nèi)圈的緊固應(yīng)根據(jù)軸向力的大小選用軸用彈性擋圈、軸端擋圈、圓螺母等(圖9-16中a、b、c)，圖9-16d為緊定襯套與圓螺母結(jié)構(gòu)，用于光軸上軸向力和轉(zhuǎn)速都不大的調(diào)心軸承。一般來說，當(dāng)軸系采用圖9-13所示的兩端固定支承型式時，軸承內(nèi)圈不需采取上述的緊固措施。(a)軸用彈性檔圈(b)軸端擋圈 (c)圓螺母 (d)緊定襯套圖9-16軸承內(nèi)圈常用的軸向緊固方法2、滾動軸承外圈的固定方法：軸承外圈的緊固常采用軸承蓋、孔用彈性擋圈、座孔凸肩、止動環(huán)等結(jié)構(gòu)措施(圖9-17)。(a)孔用彈性檔圈與凸肩(b)止動環(huán) (c)軸承蓋圖9-17軸