CH8-2 滚动轴承工作能力设计

机械设计第八章轴系工作能力设计滚动轴承工作能力设计§1滚动轴承的力分析、失效和计算准则§2滚动轴承的动载荷和寿命计算§3静载荷计算§4极限转速§5成对安装角接触轴承的计算特点机械设计第八章轴系工作能力设计F2FrF1F1cosφF2cos2φF2F2cos2φF1F1cosφφ2φδ0§1滚动轴承的力分析、失效和计算准则一.向心轴承中作用力的分布由于内部游隙，最多只有半圈滚动体受载，且受载大小不同。点接触轴承：rFzFF50max0线接触轴承：rFzFF6.40max0δ0——Fr作用线下滚动体变形量。由于：δiδ0∴F2F1F01.载荷分布机械设计第八章轴系工作能力设计σHt内圈或滚动体上某一点σH的变化规律。外圈上某一点σH的变化规律。σHt均为脉动循环。2.应力变化规律机械设计第八章轴系工作能力设计FrFr0Fs0F0αFr2Fr1Fr0FrFr1Fr2二.角接触轴承中的附加轴向力Fs70000型、30000型由于“公称接触角α”存在：Fr作用FsFs机械设计第八章轴系工作能力设计滚动体法向反力Fi径向分力Fri轴向分力FsirriFFssiFF（附加轴向力）各种角接触轴承附加轴向力：70000C15rseFF70000AC25rsFF68.070000B40rsFF14.130000YFFrs2e——判断系数P374表18.7Y——轴向动载系数P374表18.7∵Fs存在∴30000型、70000型轴承成对使用，使FsⅠ与FsⅡ方向相反，使轴受力合理。机械设计第八章轴系工作能力设计Fs方向：由轴承外圈的宽边指向窄边，通过内圈作用于轴上,附加轴向力Fs是由于角接触轴承承受径向力Fr引起的。即“接触线箭头”方向。3类：6类：=Fs=FsFsFsFsFsFsFs简化画法机械设计第八章轴系工作能力设计三.滚动轴承的失效2.塑性变形：静载荷、冲击作用下变形凹坑。3.磨损：磨粒磨损、粘着磨损；1.疲劳点蚀：回转轴承上，各元件受脉动接触应力。4.其它：电腐蚀、锈蚀、元件破裂等；机械设计第八章轴系工作能力设计四.滚动轴承计算准则1.一般条件下的回转滚动轴承：接触疲劳寿命计算、静强度计算。（重点、难点）min10rn2.摆动、n很低轴承（）：静强度计算3.高速轴承：寿命计算和limmaxnn（=N0修正系数）三个基本性能参数：Cr、Ca——基本额定动载荷：疲劳寿命C0r、C0a——基本额定静载荷：静强度N0——极限转速：控制磨损机械设计第八章轴系工作能力设计§2滚动轴承的动载荷和寿命计算一.基本额定动载荷和基本额定寿命1、轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。同型号轴承：离散性大、寿命相差数十倍。一批轴承：服从一定的概率分布规律。最低寿命：过于保守∴采用基本额定寿命。最长寿命：不安全计算时，若按机械设计第八章轴系工作能力设计2.基本额定寿命：一批相同轴承在同样工作条件下运转，其中10%的轴承发生疲劳点蚀前运转的总转数(L10)，或一定工作转速下工作的小时数(L10h)。可靠度R=90%L10的物理意义：1）对一批轴承而言：指90%轴承能达到或超过的寿命。2）对一个具体轴承而言：该轴承能达到或超过该寿命的概率为90%。3）当可靠度不为90%时，对L10进行修正：101LaLn可靠性寿命修正系数表18.10（P380）机械设计第八章轴系工作能力设计3.基本额定动载荷C：L10=106r时，轴承所能承受的最大恒定载荷。即：在C作用下，轴承工作106r而不点蚀失效的R=90%Cr：径向基本额定动载荷对向心轴承（6、N）：Cr——纯径向载荷对角接触轴承（3、7）：Cr——载荷的径向分量Ca：轴向基本额定动载荷：5类Ca——纯轴向载荷C1）C由试验得出，查手册；2）C↑—→轴承抗疲劳承载能力↑；同类不同型号轴承，C不同。3）设计时需满足：一定工况下的轴承所需的C′≤C说明：机械设计第八章轴系工作能力设计材质、工作温度、零件硬度变化：对C修正CgCTT温度系数CgCHH硬度系数二.当量动载荷实际工作时，轴承可能同时受Fa、Fr将Fr、Fa转化为与C性质相同的载荷——当量动载荷ParFYFXPX——径向动载系数，Fr对寿命影响效应的大小；Y——轴向动载系数，Fa对寿命影响效应的大小；—→将Fr、Fa折合为Cr或Ca为了与C在相同条件下比较转化式中：向心轴承：P=Fr；推力轴承：P=Fa机械设计第八章轴系工作能力设计由表18.7知，X、Y受e——轴向载荷“判断系数”影响oraCF由确定1）当eFFra时，Fa较小，忽略不计，取X=1、Y=0；2）当eFFra时，需计入Fa影响，X＜1，Y＞0，查手册考虑机器冲击振动，P的公式为：)(ardYFXFfPfd——冲击载荷系数（表18.8）※三.基本额定寿命已知：CP时，rL61010；CP时，?10L机械设计第八章轴系工作能力设计P—L曲线constLP10※ε——寿命指数球轴承：ε=3滚子轴承：ε=10/3∴101LPCrPCL61010机械设计第八章轴系工作能力设计工程中常用小时数表示寿命：PCnPCnLh166706010610n——轴承转速r/min※注意：L10h与n有关，L10与n无关。设计时，应：hhLL10若已知PLh，，求得hLnPC16670（N）查手册，选型号，使CC用于校核寿命用于设计选型例18.1：P376hL——轴承预期使用寿命机械设计第八章轴系工作能力设计复习§1滚动轴承的力分析、失效和计算准则§2滚动轴承的动载荷和寿命计算§3静载荷计算§4极限转速§5成对安装角接触轴承的计算特点机械设计第八章轴系工作能力设计αFr1Fs1FRFAFr2Fs2αⅠⅡⅠⅡFs1Fs2FAFs1FAFs2Fs1FAFs2Fs1+FAFs2Fa1=Fs1Fa2=Fs1+FA(=Fs2+Fs2')Fs2'Fs1'Fs1+FAFs2Fa1=Fs2-FA(=Fs1+Fs1')Fa2=Fs2四.角接触轴承的载荷计算1.作用于轴上的外载荷FR在Ⅰ、Ⅱ成对安装的轴承上产生径向载荷Fr1Fr2轴上有外载荷：FR和FA机械设计第八章轴系工作能力设计BaB/2αDpwaCBαFr作用点为“载荷作用中心”：位置用a表示。a：载荷作用中心至轴承外侧端面距离（查手册）机械设计第八章轴系工作能力设计ⅠⅡ由前知：Fr1、Fr2Fs1、Fs2（轴向）产生Fs1、Fs2、FA如何作用到轴承上？2.轴向载荷计算•正安装时：“×”型机械设计第八章轴系工作能力设计右端轴承“压紧”左端轴承“放松”ASssaFFFFF122211saFF（1）若21sAsFFF合力—→右：轴有右移趋势Fs1Fs2FA阻止轴右移：F’s2F’s2机械设计第八章轴系工作能力设计左端“压紧”右端“放松”AsssaFFFFF211122saFF正安装：合力指向端为“压紧端”（2）21sASFFF合力→左：轴有左移趋势Fs1Fs2FA阻止轴左移：F’s1F’s1机械设计第八章轴系工作能力设计反安装：合力指向端为“放松端”1）根据轴承安装方式和FA、Fs1、Fs2合力指向，判定“压紧端”和“放松端”；2）放松端：Fa等于本身Fs；3）压紧端：Fa等于除本身Fs外，其它轴向力的代数和。•反安装时：“○”型总结：机械设计第八章轴系工作能力设计角接触滚动轴承寿命计算小结：1.求支反力（力平衡、力矩平衡）Fr1、Fr2；2.求附加轴向力Fs1、Fs2(对3类：YFFrs2；Y取eFFra时值)3.根据轴承安装方式及合力的指向判定“压紧”、“放松”端，求出Fa1、Fa2；4.根据eFFra11？：是—→X、Y查表；否—→X=1、Y=0eFFra22？：是—→X、Y查表；否—→X=1、Y=0)(111arPYFXFfP)(222arPYFXFfP，取),max(21PPP机械设计第八章轴系工作能力设计5.校核式：hhLPCnL1667010设计选择式：CLnPCh16670深沟球轴承：无Fs，∴FA由压紧端承受，即：Fa压紧=FA，Fa放松=0球轴承：ε=3滚子轴承：ε=10/3FAFRFa=FAFa=0五、案例分析机械设计第八章轴系工作能力设计§3静载荷计算（自学）§4极限转速（自学）§5成对安装角接触轴承的计算特点（自学）