轴承计算方法课件

1、14.3.3滚动轴承的寿命计算1.寿命 轴承工作时，滚动体或套圈出现疲劳点蚀前的累计总转数（或工作小时数），称为轴承的寿命。 2.基本额定寿命 同型号的一批轴承，在相同的工作条件下，由于材质、加工、装配等不可避免地存在差异，因此寿命并不相同而呈现很大的离散性，最高寿命和最低寿命可能差40倍之多。一批在相同条件下运转的同一型号的轴承，其可靠度为90%（即失效率为10%）时的寿命称为基本额定寿命。换言之，一批同型号轴承工作运转达到基本额定寿命时，已有10的轴承先后出现疲劳点蚀，90%的轴承还能继续工作。寿命的单位若为转数，用表示；若为工作小时数，用h表示。 3.基本额定动负荷 轴承的寿命与所受负荷

2、的大小有关，工作负荷愈大，轴承的寿命就愈短。国家标准规定，基本额定寿命为一百万转（=106转）时，轴承所能承受的负荷称为基本额定动负荷，单位为牛顿（）。对于径向接触轴承，这一负荷是指纯径向负荷，对于角接触轴承和圆锥滚子轴承，是使轴承套圈之间只产生径向位移的负荷的径向分量，对这些轴承，就具体称为径向基本额定动负荷，用符号r表示；对于推力轴承，是指作用于轴承中心的纯轴向负荷，具体称为轴向基本额定动负荷a。4. 寿命计算公式 根据大量试验和理论分析结果推导出轴承疲劳寿命计算公式如下： 公式一式中 基本额定动负荷。对向心轴承为Cr，推力轴承为Ca，N；当量动负荷，；温度系数； 负荷系数；寿命指数，球轴

3、承=3，滚子轴承=10/3；轴承的工作转速，r/min。温度系数ft 工作温度，/ 120125150175200225250300ft1.00.950.900.850.800.750.700.6冲击负荷系数fp 负荷性质 fp 举例 无冲击或轻微冲击 1.01.2电机、汽轮机、通风机、水泵 中等冲击 1.21.8车辆、机床、起重机、冶金设备、内燃机 强大冲击 1.83.0破碎机、轧钢机、石油钻机、振动筛 如果设计时要求轴承达到规定的预期寿命， 则在已知当量动负荷P和转速n的条件下，可按下式算得轴承应当具有的基本额定动负荷CC，但使CC小于所选轴承的C值： 公式二 式中 轴承预期寿命，（），推

4、荐的轴承使用寿命见下表。轴承预期寿命荐用值 使用条件 使用寿命Lh/h不经常使用的仪器和设备 3003000短期或间断使用的机械，中断使用不致引起严重后果，如手动机械、农业机械、装配吊车、回柱绞车等 30008000间断使用的机械，中断使用将引起严重后果，如发电站辅助设备、流水线传动装置、升降机、胶带输送机等 800012000每天工作八小时的机械（利用率不高），如电机、一般齿轮装置、破碎机、起重机等 1000025000每天工作八小时的机械（利用率较高），如机床、工程机械、印刷机械、木材加工机械等 200003000024小时连续运转的机械，如压缩机、泵、电机、轧机齿轮装置、矿井提升机等 4

5、00005000024小时连续工作的机械，中断使用将引起严重后果，如造纸机械、电站主要设备、矿用水泵、通风机等 约100000公式一和公式二分别用于不同情况。当轴承型号已定时，用式一校核轴承的寿命，要求；型号未定时，用式二选轴承型号，要求CC。5. 当量动负荷的计算 滚动轴承的基本额定动负荷是在向心轴承只受径向负荷，推力轴承只受轴向负荷的特定条件下确定的。实际上，轴承往往承受着径向负荷和轴向负荷的联合作用，因此，须将该实际联合负荷等效为一假想的当量动负荷P来处理，在此载荷作用下，轴承的工作寿命与轴承在实际工作负荷下的寿命相同。 （1)只承受径向负荷P的径向接触轴承 （2）对于只承受轴向负荷P的

6、轴向接触轴承 （3）对于同时承受径向负荷和轴向负荷的深沟球轴承和角接触轴承 式中，X、Y分别为径向负荷系数和轴向负荷系数，可查表得其数值。6. 向心角接触轴承轴向负荷的计算向心角接触轴承（3类、7类）在受到径向载荷作用时，将产生使轴承内外圈分离的附加的内部轴向力（见右图），其值按表所列公式计算，其方向由轴承外圈宽边所在端面（背面），指向外圈窄边所在端面（前面）。为了保证轴承正常工作，向心角接触轴承通常成对使用。成对布置的方式有两种：前面对前面的安装称为正装，背面对背面的安装称为反装。由于向心角接触轴承产生内部轴向力，故在计算其当量动负荷时，式中的轴向负荷并不等于轴向外力，而是应根据 整个轴上所

7、有轴向受力（轴向外力、内部轴向力，）之间的平衡关系确定两个轴承最终受到的轴向负荷，。下面以正装情况为例进行分析。 (1)当时，轴有向右移动的趋势，使右端轴承压紧，左端轴承放松，由力平衡条件可知 “压紧”端轴承所受的轴向负荷= “放松”端轴承所受的轴向负荷= (2) 当时，轴有向左移动的趋势，使左端轴承压紧，右端轴承放松，由力平衡条件可知 “压紧”端轴承所受的轴向负荷=- “放松”端轴承所受的轴向负荷= 由此可总结出计算向心角接触轴承轴向负荷Fa的步骤如下：（1）确定轴承内部轴向力，的方向（由外圈宽边指向窄边，即正装时相向，反装时背向），并按表所列公式计算内部轴向力的值； （2） 判断轴向合力+

8、（计算时各带正负号）的指向，确定被“压紧”和被“放松”的轴承。正装时，轴向合力指向的一端为紧端；反装时，轴向合力指向的一端为松端；（3）松端轴承的轴向负荷仅为其本身的内部轴向力；紧端轴承的轴向负荷则为除去本身的内部轴向力后其余各轴向力的代数和。即 式中，下标“紧”和“松”，分别代表紧端轴承和松边轴承的受力；为代数和，即与Ka同向时加，反向时减，取绝对值。 上两式对正装与反装的各种情况都适用，使用时只需将“紧”和“松”换成相应的轴承编号即可。14.3.3滚动轴承的寿命计算对于转速很低（10r/min）、基本不转或摆动的轴承，其主要失效形式是塑性变形，因此，设计时必须进行静强度计算。对于虽然转速较

9、高但承受重载或冲击负荷的轴承，除必须进行寿命计算外，还应进行静强度计算。 1.基本额定静载荷 GB/T 4662-93规定，使受载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（对调心轴承为4600MPa，所有其他球轴承为4200MPa，所有滚子轴承为4000MPa）的负荷，作为轴承静强度的界限，称为基本额定静负荷，用表示（向心轴承指径向额定静负荷，推力轴承指轴向额定静负荷），其值可查阅轴承样本。 2.当量静负荷 当轴承上同时作用有径向负荷和轴向负荷时，应折合成一个当量静负荷，即式中和分别为径向载荷系数和轴向载荷系数，其值可查表1。若计算出的，则应取=；对只承受径向负荷的轴承，=；对只承

10、受轴向负荷的轴承，=。3.静强度计算 静强度计算公式为 式中，为静强度安全系数，对于静止轴承，可查表2；对于旋转轴承，可查表3；若轴承转速较低，对运转精度和摩擦力矩要求不高时，允许有较大接触应力。可取1；对于推力调心轴承，不论是否旋转，均应取4。 表2轴承静载荷安全系数S0（静止或摆动轴承） 轴承的使用场合 S0水坝闸门装置，大型起重吊钩（附加载荷小） 1吊桥，小型起重吊钩（附加载荷大） 1.51.6表3轴承静载荷安全系数S0（旋转轴承） 使用要求或载荷性质 S0球轴承 滚子轴承 对旋转精度及平衡性要求高，或承受冲击载荷 1.522.54正常使用 0.5213.5对旋转精度及平稳性要求较低，没

11、有冲击和振动 0.521319 图18-18轴承内圈压装图18-19轴承外圈压装图18-20用轴承拆卸器拆卸轴承。在设计中应预留拆卸空间。另外应注意：从轴上拆卸时，应卡住轴承的内圈，如图所示。从座孔中拆卸轴承时，应用反向爪拆卸轴承的外圈。图18-20 钩爪拆卸器18-21垫平轴承压拆轴承当轴不太重时，可以用压力法拆卸轴承，如图18-21所示。注意采用该方法时，不可只垫轴承的外圈，以免损坏轴承。图18-22是利用在开口圆锥紧定套上的轴承支撑结构装拆轴承。安装轴承时，将圆螺母上紧。在圆螺母沿轴向将轴承压紧在圆锥套上的同时，还在径向压迫圆锥套的开口处使其紧固在轴上。拆卸时，松开螺母使开口处复原，从而

12、很容易将圆锥套与轴分开。图18-23利用具有环形油槽的轴颈拆卸轴承。为了轴承的拆卸方便在轴颈上开出环形槽。在拆卸轴承时，将高压油从油路入口打入。在压力油的作用下轴承的内圈撑大、轴颈压缩，实现拆卸。在拆卸时，高压油还可以起到润滑作用。图18-22 开口圆锥结构图18-23环形油槽二、滚动轴承的润滑和密封润滑和密封对滚动轴承的使用寿命有重要意义。润滑的主要目的是减小摩擦与磨损。滚动接触部位形成油膜时，还有吸收振动、降低工作温度等作用。密封的目的是防止灰尘、水分等进入轴承，并阻止润滑剂的流失。20 1滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑剂可以是润滑脂、润滑油或固体润滑剂。一般情况下，轴承采用润滑脂润滑，但在

13、轴承附近已经具有润滑油源时（如变速箱内本来就有润滑齿轮的油），也可采用润滑油润滑。具体选择可按速度因数dn值来定。d代表轴承内径（mm）；n代表轴承转速（r/min），dn值间接地反映了轴颈的圆周速度，当dn(1.52)105mmr/min时，一般滚动轴承可采用润滑脂润滑，超过这一范围宜采用润滑油润滑。脂润滑因润滑脂不易流失，故便于密封和维护，且一次充填润滑脂可运转较长时间。油润滑的优点是比脂润滑摩擦阻力小，并能散热，主要用于高速或工作温度较高的轴承。润滑油的粘度可按轴承的速度因数dn和工作温度t来确定。油量不宜过多，如果采用浸油润滑则油面高度不超过最低滚动体的中心，以免产生过大的搅油损耗和热

14、量。高速轴承通常采用滴油或喷雾方法润滑。2滚动轴承的密封滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。密封方法可分两大类：接触式密封和非接触式密封。它们的密封型式、适用范围和性能可查阅表18-13。表18-13 滚动轴承的密封方法密封方法图例说明接触式密封在轴承盖上开出梯形槽，将矩形剖面的毛毡圈，放置在梯形槽中与轴接触，对轴产生一定的压力进行密封。这种密封结构简单，但摩擦较严重，主要用于v45m/s脂润滑场合在轴承盖中放置密封圈，密封圈用皮革、耐油橡胶等材料制成，有的带金属骨架，有的没有骨架。密封圈与轴紧密接触而起密封作用。图a密封唇朝里，目的是防漏油，图b密封唇

15、朝外，目的是防灰尘、杂质进入21 非接触式密封在轴与轴承盖的通孔壁间留0.10.3mm的极窄缝隙，并在轴承盖上车出沟槽，在槽内填满油脂，以起密封作用。这种形式结构简单，多用于v56m/s的场合将旋转的和固定的密封零件间的间隙制成迷宫（曲路）形式，缝隙间填入润滑脂以加强润滑效果。这种方法对脂润滑和油润滑都很有效，尤其适用于环境较脏的场合。图a为径向曲路，径向间隙d不大于0.10.2mm；图b为轴向曲路，因考虑到轴受热后会伸长，间隙应取大些，d=1.52mm 组合密封把毛毡和迷宫组合一起密封，可充分发挥各自优点，提高密封效果，多用于密封要求较高的场合本章要点(1)滚动轴承的型号及其特性，并正确选择

16、轴承。(2)根据寿命计算公式确定滚动轴承的寿命或验算，轴承的组合设计。(3)角接触球轴承和圆锥滚子轴承当量动载荷的计算。(4)常见轴系零部件的结构设计。习题18-1 滚动轴承主要类型有哪几种？各有何特点？试画出它们的结构简图。18-2 说明下列型号轴承的类型、尺寸、系列、结构特点及精度等级：32210E，52411/P5，61805，7312AC，NU2204E。18-3 选择滚动轴承应考虑哪些因素？试举出12个实例说明之。18-4 滚动轴承的主要失效形式是什么？应怎样采取相应的设计准则？18-5 试按滚动轴承寿命计算公式分析：（1）转速一定的7207C轴承，其额定动载荷从C增为2C时，寿命是

17、否增加一倍？（2）转速一定的7207C轴承，当量动载荷从P增为2P时，寿命是否由Lh下降为Lh/2？（3）当量动载荷一定的7207C轴承，当工作转速由n增为2n时，其寿命有何变化？22 18-6选择下列正确答案。滚动轴承的额定寿命是指一批相同的轴承，在相同的条件下运转，当其中的轴承发生疲劳点蚀时所达到的寿命。(a) 1% (b) 5% (c) 10% (d) 50% 18-7一矿山机械的转轴，两端用6313深沟球轴承；每个轴承受径向载荷R=5400 N，轴的轴向载荷A=2650 N，轴的转速n=1250 r/min，运转中有轻微冲击，预期寿命Lh=5000 h，问是否适用？18-8 根据工作条

18、件，某机械传动装置中轴的两端各采用一深沟球轴承，轴颈直径d=35mm，转速n=1460r/min，每个轴承受径向负荷R=2500N，常温下工作，负荷平稳，预期寿命Lh=8000h，试选择轴承的型号。18-9一深沟球轴承6304承受径向力R=4 kN，载荷平稳；转速n=960 r/min，室温下工作，试求该轴承的额定寿命，并说明能达到或超过此寿命的概率。若载荷改为R=2 kN时，轴承的额定寿命是多少？18-10如图18-24所示为一对7209C轴承承受径向负荷R1=8000N，R2=5000N，试求当轴上作用的轴向负荷为FA=2000N时，轴承所受的轴向负荷A1与A2。图18-24 图18-25 18-11图18-25中一对圆锥滚子轴承，已知轴承1和轴承2的径向载荷分别为R1=584N，R2=1776N，轴上作用的轴向载荷FA=146N。轴承载荷有中等冲击，工作温度不大于100C，试求轴承1和轴承2的当量动载荷P。18-12一双向推力球轴承52310，受轴向负荷A=4800N，轴的转速n=1450r/min，负荷有中等冲击，试计算其额定寿命。18-13某机械的转轴，两端各用一个径向轴承支持。已知轴颈d=40 mm，转速n=1000 r/min，每个轴承的径向载荷R=5880 N，载荷平稳，工作温度125C，预期寿命Lh=5000 h，试分别按深沟球轴承和圆柱滚子轴承选择型号。并比