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九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核设计文件鉴定系列之设计计算书游乐设施轴承校核与安装主讲人:赵九峰河南平顶山人,2009年大连理工大学工程机械专业硕士毕业,CAD/CAE工程师,主要从事游乐设备设计、结构计算、有限元仿真分析,并对申报,鉴定进行指导,仿真论坛AnsysWB版主。先后为河北中冶、武汉顺源、泰州宝鹿、国汇机械、诸暨金猴、西安凯得宝、河北天鸿等国内大中型游乐设备企业提供技术服务。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核主要内容1.概述2.轴承受力与失效3.轴承的寿命计算4.轴承的计算与校核5.轴承的安装6.总结九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核1概述游乐设施品种繁多,其结构及运动形式各不相同,主要有旋转、升降、滑行等,或几种运动形式的组合。只要设备中有旋转运动,必然要用到轴承。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核轴承(Bearing)是游乐设施中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体,降低其运动过程中的摩擦系数,并保证其回转精度。轴承的设计与校核是设计鉴定文件中设计计算书的重要组成部分。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核按运动元件摩擦性质的不同,轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。游乐设备中如无特殊使用要求,优先推荐使用滚动轴承,按滚动体的形状,滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两大类。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核滚动轴承一般是由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。通常内圈随轴颈转动,外圈装在机座或零件的轴承孔内固定不动。内外圈都制有滚道,当内外圈相对旋转时,滚动体将沿滚道滚动。保持架的作用是把滚动体沿滚道均匀地隔开九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核滚动轴承的分类九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核尺寸系列代号类型代号内径代号6310深沟球轴承,尺寸系列(0)3,其中宽度系列为0,高度系列为3,内径50mm九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核内径代号的三种情况:1.当内径实际尺寸是10mm---17mm时:轴承公称直径内径代号示例1000深沟球轴承6200内径10mm12011502深沟球轴承6202内径15mm1703九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核内径代号的三种情况:2.当内径实际尺寸是20mm---480mm(22、28、32除外)时:轴承公称直径内径代号示例20------480公称直径除5的商数,商数为个位时,需在商数左边加“0”。如08调心滚子轴承23208内径40mm深沟球轴承6212内径60mm九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核内径代号的三种情况:3.当内径实际尺寸大于等于500mm以上,及22、28、32mm轴承公称直径内径代号示例大于等于500以上,及22、28、32直接用公称内径表示,但在与尺寸系列之间用“/”分开调心滚子轴承230/500内径500mm深沟球轴承6222内径22mm九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核6208:单列深沟球轴承.08:内径代号.表示轴承的内径尺寸=08×5=40mm2:外径代号.表示轴承的外径尺寸是2系列.6:类型结构代号.6表示单列深沟球轴承.7310B:单列角接触球轴承.B:后置代号之接触角代号.B=40度接触角10:内径代号.表示轴承的内径尺寸=10×5=50mm3:外径代号.表示轴承的外径尺寸是3系列.7:类型结构代号.7表示单列角接触球轴承.九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核向心轴承九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核接触角是滚动轴承的一个主要参数,轴承的受力分析和承载能力等与接触角有关。滚动体套圈接触处的法线与轴承径向平面(垂直于轴承轴心线的平面)之间的夹角称为公称接触角。公称接触角越大,轴承承受轴向载荷的能力也越大。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核滚动轴承按其承受载荷的方向或公称接触角的不同,可分为:径向轴承,主要用于承受径向载荷,其公称接触角从0°到45°;推力轴承,主要用于承受轴向载荷,其公称接触角从大于45°到90°。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核轴承类型的选择1、球轴承为点接触、滚子轴承为线接触。承载能力:球轴承<滚子轴承耐冲击:球轴承<滚子轴承nlim:球轴承>滚子轴承∴载荷大、有冲击时选滚子轴承,转速高时选球轴承。2、载荷性质同时Fa、Fr:角接触球轴承或圆锥滚子轴承;Fr大、Fa小:深沟球轴承;Fa大、Fr小:推力角接触轴承;九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核2轴承的受力与失效滚动轴承在通过轴心线的轴向载荷(中心轴向载荷)Fa作用下,可认为各滚动体所承受载荷是相等的。当轴承受纯径向载荷Fr作用时,上半圈滚动体不承受载荷,而下半圈各滚动体承受不同的载荷。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核轴承受力载荷轴承受纯径向载荷:选用径向接触轴承,如深沟球轴承。轴承受纯轴向载荷:选用轴向接触轴承,如推力轴承。轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时:•径向载荷˃轴向载荷:选用深沟球轴承或接触角较小的角接触球轴承。•径向载荷˂轴向载荷:选用推力调心滚子轴承。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核疲劳破坏在工作过程中,滚动体和内外圈不断地接触,滚动体与滚道受变应力作用,可近似地看作是脉动循环。在载荷的反复作用下,首先在表面下一定深度处产生疲劳裂纹,继而扩展到接触表面,形成疲劳点蚀,致使轴承不能正常工作。通常,疲劳点蚀是滚动轴承的主要失效形式。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核塑性变形当轴承转速很低或间歇摆动时,一般不会产生疲劳损坏。而很大的静载荷或冲击载荷会使轴承滚道和滚动体接触处产生塑性变形,使滚道表面形成变形凹坑。使用维护和保养不当或密封润滑不良也能引起轴承早期磨损、胶合、内外圈和保持架破损等失效形式。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核3轴承的寿命计算轴承的套圈或滚动体的材料首次出现疲劳点蚀前,一个套圈相对于另一个套圈的转数,称为轴承的寿命。寿命还可以用在恒定转速下的运转小时数来表示。一组同一型号轴承在相同条件下运转,其可靠度为90%时,能达到或超过的寿命称为额定寿命,单位为百万转。换言之,即90%的轴承在发生疲劳点蚀前能达到或超过的寿命,称为额定寿命。对单个轴承来讲,能够达到或超过此寿命的概率为90%。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核当量动载荷的计算滚动轴承的基本额定动载荷是在一定条件下确定的。对向心轴承是指承受纯径向载荷;对推力轴承是指承受轴向载荷。如果作用在轴承上的实际载荷与上述条件不一样,必须将实际载荷换算为和上述条件相同的载荷后,才能和额定动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定的载荷,称为当量动载荷。径向和轴向载荷分别用Fr和Fa表示。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核对于向心轴承,径向当量动载荷P(径向和轴向载荷分别用Fr和Fa表示)。P=XFr+YFaX为径向系数、Y为轴向系数,查表可得。径向轴承只承受径向载荷时,P=Fr推力轴承只承受轴向载荷时,P=Fa九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核角接触轴承轴向载荷计算角接触轴承在滚动体和滚道接触处存在着接触角a。当它承受径向载荷R时,作用在承载区内第i个滚动体上的法向力Qi可分解为径向分力Ri和轴向分力Si。轴承的内部轴向力可以按表计算。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核为了使轴承内部轴向力得到平衡,通常角接触球轴承和圆锥滚子轴承都是成对使用的。在计算轴承所受轴向力时,除了考虑外部轴向力Fa的作用外,还应将由径向载荷R产生的内部轴向力S1和S2考虑进去九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核确定轴承内部轴向力。S1、S2的方向由外圈宽边指向窄边,按上表所列公式计算;确定被压紧轴承。根据Fa、S1、S2判断轴的移动趋势,判断压紧端;计算各轴承的轴向载荷。被压紧的轴承的轴向载荷等于除其本身内部轴向力外,其他所有轴向力的代数和;而另一端轴承的轴向载荷就等于其本身的内部轴向力。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核寿命计算基本额定寿命常用轴承在给定转速下运行的小时数Lh表示。当轴承型号已定,轴承寿命的计算公式:16667ThPfCLnfP轴承寿命满足:hLL九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核基本额定动载荷计算轴承的可靠度90%,轴承材料为常规材料,并在常规条件下运转,取500h为额定寿命的基准。同时考虑温度、震动、冲击等变化,则轴承基本额定动载荷(《机械设计手册》3.3.1节):()hmdranTfffCPCCff-轴承寿命因数-力矩载荷因数寿命因数,力矩较小时1.5,较大时2-冲击载荷因数-速度因数-温度因数hfmfdfnfTf九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核4轴承的计算与校核滚动轴承的计算准则对回转的滚动轴承,其失效形式为点蚀,进行寿命(动载荷)计算。对低速的滚动轴承,其失效形式为塑性变形,进行静强度计算。对高速的滚动轴承,其失效形式为磨损,进行寿命计算外,还验算极限转速对游乐设施,做轴承校核计算,不管速度高低,应分别进行寿命计算和静强度计算校核。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核基本额定静载荷基本额定静载荷是指轴承受力最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到一定值时假象静载荷,C0表示。当量静载荷如果轴承实际承受的是径向载荷和轴向载荷的联合作用,则应将实际载荷折合成一个当量静载荷,P0表示。000raPXFYF若计算P0Fr,取P0=Fr。九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核轴承静强度校核公式000SPCS0=Fr为静载荷安全系数,对于静止或摆动轴承可查《机械设计手册》,对于推力调心轴承,不论是否旋转,均应取S0≥40S九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核例:49米观览车大轴的轴承为调心滚子轴承:23044CC/W33轴承的径向力Fr=159kN,轴向力Fa=46kN,九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴承设计与校核由《机械设计手册》表7-2-89知:轴承的额定静载荷C0r=1990kN,额定动载荷Cr=1060kN,判别系数由于:Fa/Fr=0.3e,故径向当量动载荷:0.24e20.67rraPFYF=0.67×317+4.3×46=410kN故径向当量静载荷:003172.846446rrakPFYNF其中:Y0、Y2轴向载荷系数九峰游乐设备CAD/CAE游乐设施设计文件鉴定系列之设计计算书-轴
本文标题:游乐设施轴承的校核与安装
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