角接触球轴承的选用与寿命计算

角接触球轴承的选用与寿命计算 摘要：本文通过对角接触球轴承的受力分析、应力分析，轴向载荷的计算，当量动载荷计算总结了角接触球轴承的选用与疲劳寿命计算方法 关键词：角接触球轴承 受力分析 轴向载荷 寿命 轴承是各类机器设备中的重要支承部件，它的主要功能是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损滚动轴承由于摩擦阻力较小，机械效率较高，润滑和维护方便，并且已经标准化，因而在机器设备的设计与维修中被广泛应用，其中角接触球轴承由于能够同时承受径向载荷和轴向载荷而经常被存在轴向推力负载的机器选用 选择角接触球轴承，必须根据工作条件对所选型号轴承的寿命进行计算，即其使用寿命的检验，其关键在于轴承轴向载荷的计算下面笔者就其受力分析，轴向载荷计算，寿命计算等相关问题进行讨论 一、角接触球轴承的受力分析 由于结构原因，即接触角的存在，当角接触球轴承承受径向载荷Fr时，滚动体与轴承内圈或外圈的作用力方向不在径向平面内，将派生一个内部轴向力FS，如图1所示，内部轴向力的方向由轴承宽边指向窄边，大小由公式求出： 70000C型：α=15 FS=eFr 70000AC型：α=25 FS=0.68Fr 70000B型：α=40 FS=1.14Fr e―判断系数，由相关机械设计手册查得 ■ 图1 二、应力分析 角接触球轴承工作时随着轴承内圈相对于外圈的转动，滚动体也随着运动。

于是内外圈与滚动体的接触点不断发生变化，各元件表面层接触应力也随着作周期性变化另外，在径向载荷作用下，滚动体在套圈不同位置，所受载荷不同，在最下面位置的滚动体所受载荷最大，两侧所受载荷逐渐减小，所以，各元件的接触应力还随所在位置作周期性变化当轴承在一般转速下工作，如果制造安装、润滑、使用、维护良好，滚动体和套圈滚道在交变接触应力的作用下会发生表面疲劳点蚀，因此，应以疲劳强度为计算依据进行角接触轴承的寿命计算 三、轴向载荷Fa的计算 为了使角接触球轴承内部轴向力FS得到平衡，通常是成对安装使用安装方法分为正装和反装两种正装时，轴承的外圈窄边相对，实际支点偏向两支点内侧，两端轴承内部轴向力FS1、FS2方向相对，如图2（a）反装时轴承外圈宽边相对，实际支点偏向两支点外侧，两端轴承的内部轴向力FS1、FS2的方向背离，如图2（b），简化计算时可近似认为支点在轴承宽度的中点处 ■ ■ 图2 因此，在计算轴承所受的轴向载荷时，不但要考虑内部轴向力FS与外载荷FA的作用，还要考虑到安装方式的影响现将轴和轴承内圈、滚动体视为一体，以正装为例，如图3（a），按下述两种情况分析轴承1、2所受的轴向力： （1）若FS1+FA>FS2，如图3（b），则轴有向右移动的趋势，使轴承2被端盖顶住而压紧。

轴承2处产生平衡反力F′S2，如3图（c），而轴承1则处于放松状态，轴与轴承组件处于平衡状态，则FS1+FA=FS2+F′S2，即F′S2=FS1+FA-FS2 由此可得，轴承2的轴向载荷Fa2=FS2+ F′S2=FS2+（FS1+FA-FS2）=FS1+FA，放松端轴承1的轴向载荷则为其内部轴向力FS1，即Fa1=FS1 （2）若FS1+FA 根据以上两种情况分析，计算角接触球轴承轴向载荷Fa的方法可按如下步骤进行计算： ①根据轴承和安装方式，画出内部轴向力FS1和FS2的方向； ②把外载荷FA与其同向的内部轴向力FS1（或FS2）相加的和，跟另一方向内部轴向力FS2（或FS1）作比较，从而分析出轴的移动趋势及轴承的“压紧端”和“放松端”； ③“压紧端”轴承的轴向载荷等于除去本身内部轴向力外，其余所有轴向力的代数和； ④“放松端”轴承的轴向载荷等于其本身的内部轴向力FS ■ 图3 四、当量动载荷 由于角接触球轴承同时承受径向载荷和轴向载荷，为了计算轴承寿命时，能与基本额定动载荷在相同条件下相比较，需将实际工作载荷转化为等效的当量动载荷P，当量动载荷的计算公式为P=fp（XFr+YFa），其中fp―载荷系数；X―径向载荷系数；Y―轴向载荷系数；Fr、Fa―径向载荷和轴向载荷。

fp、X、Y的值可查相关资料 五、寿命计算 角接触球轴承的基本额定寿命计算公式为L10h=■■3，其中n―轴的转速（r/min）；fT―考虑温度对轴承寿命影响的温度系数；C―基本额定动载荷；P―当量动载荷 计算得到的L10h应大于等于轴承的预期寿命，当计算的轴承寿命达不到预期寿命时，则应重选轴承型号 参考文献： [1]陈立德. 机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2008. [2]何元庚. 机械原理与机械零件[M].北京：高等教育出版社，1988. [3]杨可桢，程光蕴.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2006. [4]王军，严丽. 机械基础[M].广州：华南理工大学出版社，2004. （责编 赵建荣）第 5 页 共 5 页。