滾動(dòng)軸承尺寸的選擇
1.滾動(dòng)軸承的失效形式
(1) 疲勞點(diǎn)蝕
在載荷作用下,滾動(dòng)體和內(nèi)外圈接觸處將產(chǎn)生接觸應(yīng)力。
當(dāng)接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后,內(nèi)外圈滾道或滾動(dòng)體表面將形成疲勞點(diǎn)蝕,使軸承失去工作能力,即失效。
(2) 塑性變形
在過大的靜載荷或沖擊載荷作用下,滾動(dòng)體和內(nèi)外圈滾道可能產(chǎn)生塑性變形,致使軸承不能正常工作而失效。
(3) 磨損
軸承在密封不可靠、潤滑劑不清潔或多塵環(huán)境下工作時(shí),軸承易產(chǎn)生磨粒磨損。
2.滾動(dòng)軸承的尺寸選擇
正常工作條件下的滾動(dòng)軸承,絕大多數(shù)是因?yàn)槠邳c(diǎn)蝕而失效,所以滾動(dòng)軸承應(yīng)進(jìn)行接觸疲勞壽命計(jì)算。
(1)基本額定壽命和基本額定動(dòng)載荷
① 壽命
軸承中任何一個(gè)元件出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕以前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù),或軸承在一定轉(zhuǎn)速下工作的小時(shí)數(shù)稱為軸承的壽命。
② 基本額定壽命
一批同型號(hào)的軸承即使在同樣的工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn),由于材料、熱處理及加工因素等的影響,各軸承的壽命也不會(huì)完全相同。
一批同型號(hào)的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),90%的軸承未發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù),或在一定轉(zhuǎn)速下工作的小時(shí)數(shù),稱為軸承的基本額定壽命,分別以L10(106轉(zhuǎn)為單位)和L10h(小時(shí)為單位)表示。
③ 基本額定動(dòng)載荷
基本額定壽命為106轉(zhuǎn),即L10=1時(shí)軸承能承受的最大載荷稱為基本額定動(dòng)載荷,用符號(hào)C表示。
基本額定動(dòng)載荷是衡量軸承抵抗疲勞點(diǎn)蝕能力的主要指標(biāo)。
如果軸承的基本額定動(dòng)載荷大.則其抗疲勞點(diǎn)蝕的能力強(qiáng)。
對(duì)于向心軸承,基本額定動(dòng)載荷是指徑向載荷,用Cr表示;對(duì)于推力軸承是指軸向載荷,以Ca表示
軸承的基本額定動(dòng)載荷值可由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得。
(2)當(dāng)量動(dòng)載荷
如果作用在軸承上的實(shí)際載荷是徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的復(fù)合作用時(shí),為了計(jì)算軸承壽命時(shí)能與基本額定動(dòng)載荷作等價(jià)比較,需將實(shí)際工作載荷轉(zhuǎn)化為等效的當(dāng)量動(dòng)載荷P。在當(dāng)量動(dòng)載荷P作用下的壽命與實(shí)際工作載荷條件下的壽命相同。
當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算公式如下:
①向心軸承("6"類、"1"類、"2"類)
當(dāng)Fa/Fr≤e時(shí), P=fpFr
當(dāng)Fa/Fr>e時(shí), P=fp(XFr+YFa)
式中, fP為載荷系數(shù),見表16-8;X、Y分別為徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù),見表16-9;e為軸向載荷影響系數(shù),見表16-9。
②圓柱滾子軸承("N"類)
圓柱滾子軸承一般只能承受徑向載荷,當(dāng)量動(dòng)載荷為 P=fpFr
③推力軸承
推力軸承只能承受軸向載荷,當(dāng)量動(dòng)載荷為 P=fpFa
載荷系數(shù)fP
載荷性質(zhì)
舉 例
fP
無沖擊或輕微沖擊
電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵
1.0~1.2
中等沖擊
機(jī)床、車輛、內(nèi)燃機(jī)、冶金機(jī)械、起重機(jī)械、減速器 1.2~1.8
強(qiáng)大沖擊
軋鋼機(jī)、破碎機(jī)、鉆探機(jī)、剪床 1.8~3.0
當(dāng)量動(dòng)載荷的X、Y系數(shù)
C0r為徑向基本額定靜載荷,由產(chǎn)品目錄查出。α具體數(shù)值由產(chǎn)品目錄或有關(guān)手冊(cè)查出。
(3)滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算公式
大量試驗(yàn)證明,滾動(dòng)軸承的壽命與軸承的基本額定動(dòng)載荷、軸承所受的載荷(當(dāng)量動(dòng)載荷)等有關(guān),其方程為
PεL10=常數(shù)
因此滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算基本公式為
若用給定轉(zhuǎn)速n下的工作小時(shí)數(shù)來表示,則為
上述公式是在溫度低于1000C的條件下得出的,當(dāng)溫度高于1000C時(shí),會(huì)使額定動(dòng)載荷C值降低,因而要引入溫度系數(shù)fT得
式中[Lh] 為軸承的預(yù)期壽命,單位為h,可根據(jù)機(jī)器的具體要求或參考表確定。
溫度系數(shù)fT
三泰SUNTHAI軸承的工作溫度/ 0C 100
125 150 175 200 225 250 300
fT 1 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.60
三泰SUNTHAI軸承預(yù)期壽命的參考值
機(jī) 器 種 類
預(yù)期壽命/小時(shí)
不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備 500
航空發(fā)動(dòng)機(jī) 500 ~ 2000
間斷使用的機(jī)器 中斷使用不致引起嚴(yán)重后果的手動(dòng)機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等 4000 ~ 8000
中斷使用會(huì)引起嚴(yán)重后果的機(jī)械設(shè)備,如升降機(jī)、輸送機(jī)、吊車等 8000 ~ 12000
每日工作8小時(shí)的機(jī)器 利用率不高的齒輪傳動(dòng)、電機(jī)等 12000 ~ 20000
利用率較高的通風(fēng)設(shè)備、機(jī)床等 20000 ~ 30000
連續(xù)工作24小時(shí)的機(jī)器 一般可靠性的空氣壓縮機(jī)、電機(jī)、水泵等 50000 ~ 60000
高可靠性的電站設(shè)備、給排水裝置等 >100000
若以基本額定動(dòng)載荷C表示,可得
例1
(4)角接觸軸承的軸向載荷計(jì)算(對(duì)于角接觸球軸承“7”和圓錐滾子三泰SUNTHAI軸承“3”的軸向力求法)
① 角接觸軸承的內(nèi)部軸向力
負(fù)荷作用中心
角接觸軸承的內(nèi)部軸向力Fs
圓錐滾子軸承
角接觸球軸承
(7000C)α=150
(7000AC)α=250
(7000B)α=400
Fs=Fr/2Y
Fs=eFr Fs=0.68Fr Fs=1.14Fr
兩種情況:
則軸有右移的趨勢(shì),此時(shí)軸承Ⅱ由于被端蓋頂住而壓緊(簡(jiǎn)稱緊端);而軸承Ⅰ則被放松(稱松端)。
由此得兩軸承所受的實(shí)際軸向載荷分別為:
軸承Ⅰ(松端)
軸承Ⅱ(緊端)
軸有左移的趨勢(shì),此時(shí)軸承Ⅰ由于被端蓋頂住而壓緊(簡(jiǎn)稱緊端),而軸承Ⅱ則被放松(稱松端)。
三泰SUNTHAI軸承Ⅱ(松端)
三泰SUNTHAI軸承Ⅰ(緊端)
由以上分析,可得出角接觸軸承的實(shí)際軸向載荷的計(jì)算方法要點(diǎn):
1)根據(jù)軸承的安裝方式,確定內(nèi)部軸向力的大小及方向;
2)判斷全部軸向載荷合力的方向,確定被壓緊的軸承(緊端)及被放松的軸承(松端);
3)“緊端”軸承所受的實(shí)際軸向載荷,應(yīng)為除了自身內(nèi)部軸向力之外,其它所有軸向力的代數(shù)和;
“松端”三泰SUNTHAI軸承所受的實(shí)際軸向載荷,等于自身內(nèi)部軸向力。