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滚动轴承的受力分析、载荷计算、失效和计算准则

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滚动轴承的受力分析、载荷计算、失效和计算准则_第1页
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1.滚动轴承的受力分析    滚动轴承在工作中,在通过轴心线的轴向载荷(中心轴向载荷)Fa作用下,可觉得各滚动体平均分担载荷,即各滚动体受力相等当轴承在纯径向载荷Fr作用下(图6),内圈沿Fr方向移动一距离δ0,上半圈滚动体不承载,下半圈各滚动体由于个接触点上的弹性变形量不同承受不同的载荷,处在Fr作用线最下位置的滚动体承载最大,其值近似为5Fr/Z(点接触轴承)或4.6Fr/Z(线接触轴承),Z为轴承滚动体总数,远离作用线的各滚动体承载逐渐减小对于内外圈相对转动的滚动轴承,滚动体的位置是不断变化的,因此,每个滚动体所受的径向载荷是变载荷 图6滚动轴承径向载荷的分析图7角接触轴承的载荷作用中心2.滚动轴承的载荷计算 (1)滚动轴承的径向载荷计算    一般轴承径向载荷Fr作用中心O的位置为轴承宽度中点    角接触轴承径向载荷作用中心O的位置应为各滚动体的载荷矢量与轴中心线的交点,如图7所示角接触球轴承、圆锥滚子轴承载荷中心与轴承外侧端面的距离a可由直接从手册查得    接触角α及直径D,越大,载荷作用中心距轴承宽度中点越远为了简化计算,常假设载荷中心就在轴承宽度中点,但这对于跨距较小的轴,误差较大,不适宜随便简化。

  图8角接触轴承受径向载荷产生附加轴向力 1)滚动轴承的轴向载荷计算     当作用于轴系上的轴向工作合力为FA,则轴系中受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=FA,不受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=0但角接触轴承的轴向载荷不能这样计算    角接触轴承受径向载荷Fr时,会产生附加轴向力FS图8所示轴承下半圈第i个球受径向力Fri由于轴承外圈接触点法线与轴承中心平面有接触角α ,通过接触点法线对轴承内圈和轴的法向反力Fi将产生径向分力Fri;和轴向分力FSi各球的轴向分力之和即为轴承的附加轴向力FS按一半滚动体受力进行分析,有FS ≈ 1.25 Frtan α(1)    计算多种角接触轴承附加轴向力的公式可查表5表中Fr为轴承的径向载荷;e为判断系数,查表6;Y为圆锥滚子轴承的轴向动载荷系数,查表7 表-5 角接触轴承附加轴向力公式 轴承类型角接触球轴承圆锥滚子轴承70000C(α=15°)70000AC(α=25°)70000B(α=40°)30000FSeFr0.68Fr1.14FrFr /(2Y)     角接触轴承附加轴向力的方向是由轴承外圈的宽边指向窄边,通过内圈作用于轴上角接触轴承一般应成对使用。

  图9 角接触轴承所受的轴向载荷    计算角接触轴承所受的轴向载荷Fa1 、Fa2时,要同步考虑附加轴向力FSl、FS2和作用于轴上的其她工作轴向力FA如图9,若FSl+ FA> FS2,由于轴承Ⅱ的右端已固定,轴不能向右移动,根据轴系轴向力的平衡关系,则Fa2= FSl+ FA;同理,若FS2> FSl+ FA,则Fa2 = FS2因此,轴承Ⅱ所受的轴向力必然是下列两值中较大者Fa2 = FS2(2)Fa2= FSl+ FA(-3)    用同样措施分析,可得轴承Ⅰ所受的轴向力是下列两值中较大者Fa1= FSl(4)Fa1 = FS2-FA(5)    当轴上轴向力FA与图示方向相反时,FA应取负值 3.滚动轴承的失效和计算准则    滚动轴承的重要失效形式有:    (1)滚道和滚动体表的疲劳点蚀滚动轴承工作时内、外套圈间有相对运动,滚动体既自转又环绕轴承中心公转,滚动体和套圈分别受到不同的脉动接触应力工作若干时间后,各元件接触表面上都也许发生接触疲劳点蚀点蚀会使轴承工作时振动、噪声和发热急剧增大    (2)轴承的塑性变形过大的静载荷或冲击,会使滚动体或套图滚道上将浮现不均匀的塑性变形。

这时,轴承的摩擦力矩、振动、噪声都将增长,运转精度也减少    (3)轴承磨粒磨损在多尘和滚道内有污垢的条件下工作,可导致滚动体与套圈产生磨粒磨损从而使运转精度也减少,产生振动和噪声     决定轴承尺寸时,要针对重要失效形式进行必要的计算针对点蚀失效应进行寿命计算,针对塑性变形失效应进行静强度计算,针对磨损失效可采用合理的润滑措施和密封装置来解决高速轴承还应校核极限转速。

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