动载荷计算

同济大学《机械设计》JXSJ62第章滚动轴承第1节概述一．构造二．特点1.摩擦力矩小且稳定，易启动。2.轴向宽度小，结构紧凑。3.能同时承受轴向力和径向力。4.易润滑。5.可消除径向间隙。6.批量生产成本低。7.对轴的材料和热处理要求低。8.承受冲击载荷能力差。9.寿命短。10.振动、噪声大。11.径向尺寸大。12.不能剖分。第2节滚动轴承的主要类型及代号一．滚动轴承的类型1.按轴承构成分2.按轴承受力分3.按接触情况分二．滚动轴承的代号基本代号五四三二一类型代号尺寸系列代号内径系列代号宽度系列代号直径系列代号直径系列代号代号0001020304~99内径101215175代号1.内圈2.外圈3.滚动体4.保持架混合摩擦流体摩擦n/p滑动摩擦特性曲线摩擦系数边界摩擦前置代号表示轴承分部件后置代号表示轴承结构公差精度等直径系列的对比6410631062106110d同济大学《机械设计》JXSJ63第3节滚动轴承的类型选择选择轴承类型时考虑的因素：一．轴承的载荷载荷大小、方向是决定轴承类型的重要依据二．轴承的转速三．安装方便性四．轴承的调心性能第4节滚动轴承的工作情况一．轴承元件上的载荷分布1.推力轴承设轴承受到轴向力S，则每个滚动体受力：Fi=S/Z2向心轴承1)力分布2)轴承元件上应力3.失效形式：疲劳点蚀4.设计计算准则：保证一定的接触疲劳强度二．向心推力轴承的派生轴向力（附加轴向力）1.派生轴向力的产生RNiSiSA2.轴向力对接触情况的影响3.派生轴向力的计算圆锥滚子轴承角接触球轴承7000C(=150)7000AC(=250)7000B(=400)S=R/(2Y)S=eRS=0.68RS=1.14R注：1)Y对应A/Re的Y2)e由轴承样本查取SFi固定套圈应力变化情况时间接触应力承载区非承载区滚动体及转动套圈应力变化情况时间接触应力PiRNiSiARRRP0P0A/R=tanA/R=1.25tanA/R1.7tanP0轴承受力后内圈下移R63-1/2同济大学《机械设计》JXSJ63(N)10606'hnLPC第5节滚动轴承的尺寸选择一．滚动轴承的失效形式及基本额定寿命1.失效形式滚动体或内外圈滚道上的疲劳点蚀。2.单个轴承滚动轴承的寿命：套圈或滚动体发生疲劳扩展之前，一套圈相对于另一套圈的转数。3.滚动轴承的基本额定寿命1)滚动轴承的寿命分布2)基本额定寿命一定条件下，一组轴承中10%的轴承发生疲劳点蚀失效，而90%的轴承不发生疲劳点蚀失效前的内外圈相对转数（106）或工作时数二．滚动轴承的基本额定动载荷1.载荷和额定寿命的关系2.基本额定动载荷轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值C。3.额定动载荷的修正轴承工作温度与试验温度不同时应修正额定动载荷。Ct=ftC三．滚动轴承寿命的计算公式1.载荷和额定寿命的关系2.寿命计算公式1)用转数表示的寿命公式：球轴承滚子轴承33.3332)用小时表示的寿命公式：3)设计式：未失效轴承数量%轴承的寿命（106转）10070503010012108642载荷额定寿命C106012345678910L10(106)载荷额定寿命4321C)(10610转PCL(h)60106PCnLh63-2/2同济大学《机械设计》JXSJ64四．滚动轴承的当量动载荷当轴承既受径向力R又受轴向力A时，须将R、A与转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件一致（纯径向力或轴向力）的等效力，即当量动载荷。P=fp(XR+YA)X、Y为径向、轴向载荷系数。由轴承样本查取。fp为载荷系数。五．径向推力轴承的径向载荷R与轴向载荷A的计算1.径向力的计算2.轴向力的计算1)正装：（面对面）a)当S1Fa+S2时，轴承1放松、2压紧A1=S1A2=S1-Fab)当S1Fa+S2时，轴承2放松、1压紧A2=S2A1=S2+Fa2)反装（背对背）a)当S2Fa+S1时，轴承1放松、2压紧A1=S1A2=S1+Fab)当S2Fa+S1时，轴承2放松、1压紧A2=S2A1=S2+Fa滚动轴承轴向力计算方法：(a)先计算Fa、S1、S2，判断压紧端和放松端(b)放松端轴向力等于自身派生轴向力，压紧端轴向力等于除自身派生轴向力外的其它轴向力的代数和。3)正、反安装的简化画法a)正装b)反装FrR1R2L1L2rFLLLR2121rFLLLR2112S2R1iF1iR2i正装S1iFrS11R1S2iR2FaF2i反装1S1R1FaFr2S2R2S2同济大学《机械设计》JXSJ65六．滚动轴承的静载荷1.基本额定静载荷使受载最大的滚动体与轨道接触中心处的接触应力达到一定值时的载荷作为静强度的界限，称为基本额定静载荷，用C0、C0a表示。2.静强度的计算1)当量静载荷轴承受径向力R与轴向力A，则当量静载荷P0=X0R+Y0A2)静强度C0S0P0S0可大于或小于1七．不同可靠度时滚动轴承尺寸的选择可靠度不等于90%时轴承基本额定寿命：Ln=1L10可靠度(%)909596979899LnL10L5L4L3L2L1110.620.530.440.330.21八．滚动轴承例题：例题一：设某支承根据工作条件决定选用深沟球轴承。轴承径向载荷R=5500N,轴向载荷A=2700N,轴承转速n=1250r/min，装轴承处轴颈直径可在60~70mm范围内选择，运转时有轻微冲击，预期计算寿命Lh'=5000h，试选择轴承型号。分析：型号CP=fp(XR+YA)、Lh、nX、YeA/R解：1.求比值：A/R=2700/5500=0.492.初步计算当量动载荷P=fp(XR+YA)fp为载荷系数、查表fp=1.2由轴承样本查取:X=0.56、暂取Y=1.5P=1.2(0.565500+1.52700)=8556(N)3.计算基本额定动载荷：C=P(60nLh'/106)1/=8556(6012505000/106)1/3=61699(N)4.由轴承样本初选轴承6312：C=62800N、C0=48500N(GB5868-86)5.验算寿命：1)A/C0=2700/48500=0.056查取:X=0.56、Y=1.6+[(1.8-1.6)(0.07-0.056)]/(0.07-0.04)=1.692)求当量动载荷：P=1.2(0.565500+1.692700)=9172(N)3)验算寿命：6312轴承寿命低于5000Lh，由于尺寸许可，选6313重新验算（略）A(h)60106PCnLh(h)L4280917262800125060106010'h366PCnLh同济大学《机械设计》JXSJ66例题二根据工作条件决定在轴的两端反装两个角接触球轴承，如图所示。已知轴上齿轮受切向力Ft=2200N，径向力Fr=900N，齿轮分度圆直径d=314mm，齿轮转速n=520r/min，运转中有中等冲击载荷，轴承预期寿命Lh'=15000h。设初选两个轴承型号均为7207C，验算轴承是否达到预期计算寿命的要求。解：1.求轴承反力1)径向反力铅垂方向：轴承1.R1V=(200Fr-Fad/2)/(200+320)=(900200-400314/2)/520=225.38(N)轴承2.R2V=Fr-R1V=900-225.38=674.62(N)水平反力轴承1.R1H=(200/(200+320))Ft=200/5202200=846.12(N)轴承2.R2H=Ft-R1H=2200-846.15=1353.85(N)径向合力轴承1.R1=(R1V2+R1H2)1/2=(225.382+846.152)1/2=875.65(N)轴承2.R2=(R2V2+R2H2)1/2=(674.622+1353.852)1/2=1512.62(N)2)轴向反力(1)派生轴向力：S=eR由轴承样本暂取e=0.4S1=0.4R1=0.4875.65=350.26(N)S2=0.4R2=0.41512.62=605.05(N)(2)初算轴向力：向右的力S1=350.26(N)向左的力S2+Fa=605.05+400=1005.05(N)A1=S2+Fa=1005.05(N)A2=S2=605.05(N)(3)修正轴向力A1/C0=1005.05/17500=0.0574A2/C0=605.05/17500=0.0346由轴承样本暂取e1=0.429，e2=0.406S1=0.4R1=0.429875.65=375.65(N)S2=0.4R2=0.4061512.62=614.12(N)A1=S2+Fa=614.12+400=1014.12(N)A2=S2=614.12(N)A1/C0=0.0579A2/C0=0.0351A1/C0、A2/C0与前计算相差不大，故确定：e1=0.429e2=0.406A1=1014.12(N)A2=614.12(N)Fa=400NFr=900NFt=2200N20032012Fa=400NFr=900N20032012铅垂Ft=2200N20032012水平同济大学《机械设计》JXSJ672.验算寿命1)当量动载荷P=fp(XR+YA)fp为载荷系数。fp=1.5由轴承样本A1/R1=1014.12/875.65=1.158e1=0.429，e2=0.406A2/R2=614.12/1512.62=0.406=e2轴承1X1=0.44，Y1=1.303轴承2X2=1，Y1=0P1=1.5(0.44875.65+1.3031014.12)=2560.03(N)P2=1.5(11512.62+0614.12)=2268.93(N)2)验算轴承寿命P1P2，验算轴承1即可。所选轴承满足寿命要求第6节轴承装置的设计一．支承部分刚度大、同心度高二．支承方式要合理三．轴向固定要可靠四．轴承游隙及轴上零件位置的调整五．滚动轴承的配合1.轴承和座：基轴制2.轴承和轴：基孔制六．滚动轴承的密封装置1.密封的目的1).防止润滑剂外泄。2).防止外界杂质进入轴承内部。2.密封的方法1).接触式密封2).非接触式密封七．滚动轴承的预紧八．滚动轴承的润滑滚动轴承小结1.特点2.代号6、7、3；内径3.失效形式，计算准则，基本额定寿命，基本额定动载荷4.当量动载荷5.寿命计算L=106/60n*(C/P)，（球轴承）；（滚子轴承）6.角接触轴承、圆锥滚子轴承派生轴向力计算；轴向力计算7.基本额定静载荷轴承的组合设计：支承形式、轴向固定、定位高度、密封、润滑(h)L13.2479203.25602350052060106010'h366hPCnLh同济大学《机械设计》JXSJ63思考题1.滚动轴承与滑动轴承相比，有哪些特点？2.滚动轴承6312、N216、7207C、32210主要能承受轴向力还是径向力？内径是多少？3.什么是滚动轴承的基本额定寿命？4.什么是滚动轴承的基本额定动载荷？5.怎样计算滚动轴承的当量动载荷6.寿命计算L=106/60n*(C/P)中，对于球轴承？，滚子轴承？7.派生轴向力是怎样产生的？8.如何判断轴承受压或放松？9.何谓双支点单向固定？10.何谓单支点双向固定另一支点游动？11.何谓双支点游动？12.对滚动轴承的定位高度有无限制？13.密封的作用是什么？有哪些类型？14.滚动轴承润滑方式由什么决定？68