滚动轴承尺寸的选择
1.滚动轴承的失效形式
(1) 疲劳点蚀
在载荷作用下,滚动体和内外圈接触处将产生接触应力。
当接触应力循环次数达到一定数值后,内外圈滚道或滚动体表面将形成疲劳点蚀,使轴承失去工作能力,即失效。
(2) 塑性变形
在过大的静载荷或冲击载荷作用下,滚动体和内外圈滚道可能产生塑性变形,致使轴承不能正常工作而失效。
(3) 磨损
轴承在密封不可靠、润滑剂不清洁或多尘环境下工作时,轴承易产生磨粒磨损。
2.滚动轴承的尺寸选择
正常工作条件下的滚动轴承,绝大多数是因为疲劳点蚀而失效,所以滚动轴承应进行接触疲劳寿命计算。
(1)基本额定寿命和基本额定动载荷
① 寿命
轴承中任何一个元件出现疲劳点蚀以前运转的总转数,或轴承在一定转速下工作的小时数称为轴承的寿命。
② 基本额定寿命
一批同型号的轴承即使在同样的工作条件下运转,由于材料、热处理及加工因素等的影响,各轴承的寿命也不会完全相同。
一批同型号的轴承在相同条件下运转时,90%的轴承未发生疲劳点蚀前运转的总转数,或在一定转速下工作的小时数,称为轴承的基本额定寿命,分别以L10(106转为单位)和L10h(小时为单位)表示。
③ 基本额定动载荷
基本额定寿命为106转,即L10=1时轴承能承受的最大载荷称为基本额定动载荷,用符号C表示。
基本额定动载荷是衡量轴承抵抗疲劳点蚀能力的主要指标。
如果轴承的基本额定动载荷大.则其抗疲劳点蚀的能力强。
对于向心轴承,基本额定动载荷是指径向载荷,用Cr表示;对于推力轴承是指轴向载荷,以Ca表示
轴承的基本额定动载荷值可由设计手册查得。
(2)当量动载荷
如果作用在轴承上的实际载荷是径向载荷Fr和轴向载荷Fa的复合作用时,为了计算轴承寿命时能与基本额定动载荷作等价比较,需将实际工作载荷转化为等效的当量动载荷P。在当量动载荷P作用下的寿命与实际工作载荷条件下的寿命相同。
当量动载荷的计算公式如下:
①向心轴承("6"类、"1"类、"2"类)
当Fa/Fr≤e时, P=fpFr
当Fa/Fr>e时, P=fp(XFr+YFa)
式中, fP为载荷系数,见表16-8;X、Y分别为径向载荷系数和轴向载荷系数,见表16-9;e为轴向载荷影响系数,见表16-9。
②圆柱滚子轴承("N"类)
圆柱滚子轴承一般只能承受径向载荷,当量动载荷为 P=fpFr
③推力轴承
推力轴承只能承受轴向载荷,当量动载荷为 P=fpFa
载荷系数fP
载荷性质
举 例
fP
无冲击或轻微冲击
电机、汽轮机、通风机、水泵
1.0~1.2
中等冲击
机床、车辆、内燃机、冶金机械、起重机械、减速器 1.2~1.8
强大冲击
轧钢机、破碎机、钻探机、剪床 1.8~3.0
当量动载荷的X、Y系数
C0r为径向基本额定静载荷,由产品目录查出。α具体数值由产品目录或有关手册查出。
(3)滚动轴承的寿命计算公式
大量试验证明,滚动轴承的寿命与轴承的基本额定动载荷、轴承所受的载荷(当量动载荷)等有关,其方程为
PεL10=常数
因此滚动轴承的寿命计算基本公式为
若用给定转速n下的工作小时数来表示,则为
上述公式是在温度低于1000C的条件下得出的,当温度高于1000C时,会使额定动载荷C值降低,因而要引入温度系数fT得
式中[Lh] 为轴承的预期寿命,单位为h,可根据机器的具体要求或参考表确定。
温度系数fT
三泰SUNTHAI轴承的工作温度/ 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轴承预期寿命的参考值
机 器 种 类
预期寿命/小时
不经常使用的仪器或设备 500
航空发动机 500 ~ 2000
间断使用的机器 中断使用不致引起严重后果的手动机械、农业机械等 4000 ~ 8000
中断使用会引起严重后果的机械设备,如升降机、输送机、吊车等 8000 ~ 12000
每日工作8小时的机器 利用率不高的齿轮传动、电机等 12000 ~ 20000
利用率较高的通风设备、机床等 20000 ~ 30000
连续工作24小时的机器 一般可靠性的空气压缩机、电机、水泵等 50000 ~ 60000
高可靠性的电站设备、给排水装置等 >100000
若以基本额定动载荷C表示,可得
例1
(4)角接触轴承的轴向载荷计算(对于角接触球轴承“7”和圆锥滚子三泰SUNTHAI轴承“3”的轴向力求法)
① 角接触轴承的内部轴向力
负荷作用中心
角接触轴承的内部轴向力Fs
圆锥滚子轴承
角接触球轴承
(7000C)α=150
(7000AC)α=250
(7000B)α=400
Fs=Fr/2Y
Fs=eFr Fs=0.68Fr Fs=1.14Fr
两种情况:
则轴有右移的趋势,此时轴承Ⅱ由于被端盖顶住而压紧(简称紧端);而轴承Ⅰ则被放松(称松端)。
由此得两轴承所受的实际轴向载荷分别为:
轴承Ⅰ(松端)
轴承Ⅱ(紧端)
轴有左移的趋势,此时轴承Ⅰ由于被端盖顶住而压紧(简称紧端),而轴承Ⅱ则被放松(称松端)。
三泰SUNTHAI轴承Ⅱ(松端)
三泰SUNTHAI轴承Ⅰ(紧端)
由以上分析,可得出角接触轴承的实际轴向载荷的计算方法要点:
1)根据轴承的安装方式,确定内部轴向力的大小及方向;
2)判断全部轴向载荷合力的方向,确定被压紧的轴承(紧端)及被放松的轴承(松端);
3)“紧端”轴承所受的实际轴向载荷,应为除了自身内部轴向力之外,其它所有轴向力的代数和;
“松端”三泰SUNTHAI轴承所受的实际轴向载荷,等于自身内部轴向力。