滾動軸承的壽命計(jì)算可解決哪幾方面的問題

一、滾動軸承的工作情況分析及計(jì)算
? （一）滾動軸承的失效形式
? 1、點(diǎn)蝕
? 軸承工作時(shí)，滾動體和內(nèi)、外套圈之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，在負(fù)荷作用下，滾動體和內(nèi)、外套圈的接觸處產(chǎn)生循環(huán)變化的接觸疲勞應(yīng)力。長期工作會產(chǎn)生點(diǎn)蝕破壞，使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動、噪聲，乃至喪失運(yùn)轉(zhuǎn)精度。
? 2、塑性變形
? 低速軸承和間歇擺動軸承，一般不會產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕破壞，但在過大的沖擊負(fù)荷或靜負(fù)荷下，滾道和滾動體會出現(xiàn)不均勻的永久塑性變形凹坑，增大摩擦，降低運(yùn)轉(zhuǎn)精度。
? 3、磨損?
? 在多粉塵或潤滑不良條件下，滾動體和套圈的工作面產(chǎn)生磨損。速度過高時(shí)還會出現(xiàn)膠合、表面發(fā)熱甚至滾動體回火。其他還有因安裝、拆卸、維護(hù)不當(dāng)引起的元件斷裂、銹蝕、化學(xué)腐蝕等。
? （二）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
? 1、對回轉(zhuǎn)的滾動軸承，最主要的失效形式是疲勞點(diǎn)蝕破壞。一般情況下，均應(yīng)進(jìn)行軸承的壽命計(jì)算。
? 2、對低速軸承或擺動軸承，要求控制其塑性變形，應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。負(fù)荷較大或有沖擊負(fù)荷的回轉(zhuǎn)軸承，亦應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。
? 3、對高速軸承，主要是由于發(fā)熱而引起的磨損、燒傷失效，除需要進(jìn)行壽命計(jì)算外，還應(yīng)驗(yàn)算極限轉(zhuǎn)速。
? （三）滾動軸承的壽命計(jì)算
? 1、基本額定壽命和基本額定動負(fù)荷
? （1）壽命
? 滾動軸承任一元件的材料首次出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或在某一給定的恒定轉(zhuǎn)速下的運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)。
? （2）基本額定壽命
? 一批型號相同的軸承，在相同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，其中90％在疲勞點(diǎn)蝕前能運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或在給定轉(zhuǎn)速下所能運(yùn)轉(zhuǎn)的總工作時(shí)數(shù)。其可靠度為90％，以符號L10或Lh10表示。
? （3）基本額定動負(fù)荷
? 軸承的基本額定壽命為一百萬(106)轉(zhuǎn)時(shí)所能承受的最大負(fù)荷為軸承的基本額定動負(fù)荷，以Cr表示。
? 在基本額定動載荷作用下，軸承可以轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)而不發(fā)生點(diǎn)蝕失效的可靠度為90%。
? ????????????????純徑向載荷——向心軸承
? 基本額定動載荷C???純軸向載荷——推力軸承
? ?????????????????指引起套圈間產(chǎn)生相對徑向位移時(shí)載荷的徑向分量——角接觸球軸承和圓錐滾子軸承
? 2、當(dāng)量動載荷
? 定義：將實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為作用效果相當(dāng)并與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的假想載荷，該假想載荷稱為當(dāng)量動載荷P。
? 理解為：在當(dāng)量動載荷P作用下的軸承壽命與實(shí)際聯(lián)合載荷作用下的軸承壽命相同
? （1）對只能承受徑向載荷R的軸承（N、NA軸承）
? P=R
? （2）對只能承受軸向載荷A的軸承（推力球（5）和推力滾子（8））
? P=A
? （3）同時(shí)受徑向載荷R和軸向載荷A的軸承
? P=XR+YA
? X——徑向載荷系數(shù)，Y——軸向載荷系數(shù)，X、Y——見表14.13
? 3、向心角接觸軸承軸向力的計(jì)算
? 該類軸承受R→產(chǎn)生派生軸向力S，所以要成對使用，對稱安裝
? （1）派生軸向力大小方向：
? a)正裝（面對面），支點(diǎn)跨距小，適合于傳動零件位于兩支承之間；
? b)反裝（背靠背），實(shí)際支距變大，適合于傳動零件處于外伸端

? （2）實(shí)際軸向載荷A的確定
? 1）當(dāng)時(shí)
? 軸有向左移動的趨勢，使軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”，壓緊的軸承1外圈通過滾動體將對內(nèi)圈和軸產(chǎn)生一個阻止其左移的平衡力，使
? ∴軸承1的實(shí)際軸向載荷為
?
? 軸承2上的軸向力，由力的平衡條件
? ——本身的派生軸向力
? 2）當(dāng)時(shí)
? 軸有右移趨勢，軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”，“2”上產(chǎn)生一個平衡力，使
? ∴軸承2實(shí)際所受的軸向力為
?
? 軸承1實(shí)際所受的軸向力，由力的平衡條件
? ——本身派生軸向力
? 結(jié)論：——實(shí)際軸向力A的計(jì)算方法
? 1）分析軸上派生軸向力和外加軸向載荷，判定被“壓緊”和“放松”的軸承。
? 2）“壓緊”端軸承的軸向力等于除本身派生軸向力外，軸上其他所有軸向力代數(shù)和。
? 3）“放松”端軸承的軸向力等于本身的派生軸向力
? 4、滾動軸承的壽命計(jì)算
?

軸承的負(fù)荷P與壽命L之間的關(guān)系曲線如圖所示，其方程式為
? PεL10=常數(shù)
? 式中??P―當(dāng)量動負(fù)荷（N）
? L10―基本額定壽命（106r）
? ε―壽命系數(shù)，球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3。
? 已知軸承基本額定壽命為一百萬轉(zhuǎn)（1×106r）時(shí)的基本額定動載荷為Cr，
? 由此得壽命公式
?
? 若以工作時(shí)數(shù)表示壽命，得
?
? 式中? n—軸承的工作轉(zhuǎn)速（r/min）；
? fp—負(fù)荷系數(shù)，考慮機(jī)器工作時(shí)的振動沖擊對負(fù)荷的修正，
? 軸承壽命計(jì)算后應(yīng)滿足
? Lh≥[Lh]
? （四）滾動軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算
? 基本額定靜載荷C0：取決于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承允許的塑性變形量，即受載最大的滾動體與滾道接觸處中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值
? 例，調(diào)心球：4600Mpa；其他球軸承：4200Mpa；滾子軸承：4000Mpa
? 軸承的當(dāng)量靜載荷（假想載荷）：在當(dāng)量載荷作用下軸承的塑性變形量與實(shí)際載荷作用下軸承的塑性變形量相同。
?
? R、A——軸承所受的實(shí)際徑向和軸向載荷
? X0、Y0——靜徑向和軸向載荷系數(shù)
? 如果P0 ? P0=R
? 或?????
? （五）滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速
? n過高→產(chǎn)生高溫→潤滑劑性能（粘度↓）→使油膜破壞→滾動體回火磨損或膠合失效
? ——適用于0級公差，潤滑冷卻卻正常，軸承載荷P≤0.1C，向心軸承只受徑向載荷，推力軸承只受軸向載荷的軸承。
? 當(dāng)P>0.1C，軸承受聯(lián)合載荷時(shí)，潤滑情況變壞，∴應(yīng)對極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行修正，這時(shí)軸承實(shí)際許用轉(zhuǎn)速為
?
? f1——載荷系數(shù)
? f2——載荷分布系數(shù)
? 如果→措施：1.改進(jìn)潤滑；2.改善冷卻條件；3.提高軸承精度；4.適當(dāng)增大游隙；5.改變軸承和保持架的材料（采用特殊材料）
? ? 二、滾動軸承的選擇
? （一）滾動軸承類型的選擇
? 應(yīng)根據(jù)軸承的工作載荷（大小、方向和性質(zhì)）、轉(zhuǎn)速高低、支承剛性、安裝精度、結(jié)合各類軸承的特性和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析，確定合適的軸承。 幾條基本原則：
? 1、 n高，載荷小，要求旋轉(zhuǎn)精度高→采用球軸承 ；n低，載荷大，或有沖擊載荷時(shí)→采用滾子軸承——但滾子軸承對軸線偏斜較敏感。
? 2、主要受徑向載荷Fr時(shí)→用向心軸承；主要受軸向載荷Fa，n不高時(shí)用推力軸承；同時(shí)受Fr和Fa均較大時(shí)——可采用角接觸球軸承7類（n較高時(shí)）或圓錐滾子軸承3類（n較低時(shí)）；Fr較大，F(xiàn)a較小時(shí)——深溝球~；Fa較大，F(xiàn)r較小時(shí)——深溝球~+推力球軸承組合，或推力角接觸軸承。
? 3、要求n ? 6、7、N——極限轉(zhuǎn)速較高；推力軸承——極限轉(zhuǎn)速較低，∴只受Fa而n較高時(shí)——不用推力軸承而寧可用67兩類，球軸承極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承，輕系列極限轉(zhuǎn)速高于中或重系列軸承。
? 4、當(dāng)軸的剛性較差或軸承孔不同心時(shí)宜用調(diào)心軸承。
? 5、為便于裝拆和間隙調(diào)整，可選用內(nèi)、外圈不分離的軸承。
? 6、6、7兩點(diǎn)軸承一般應(yīng)成對使用，對稱安裝。
? 7、旋轉(zhuǎn)精度較高時(shí)，應(yīng)選用較高的公差等級和較小的游隙；轉(zhuǎn)速較高時(shí)，應(yīng)選用較高的公差等級和較大的游隙；公差等級越高，軸承價(jià)格越貴；滾子軸承價(jià)格高于球軸承，深溝球軸承價(jià)格最低
? 8、優(yōu)先考慮用普通公差等級的深溝球軸承。
? （二）軸承的公差等級
? ??????精度高 ————————————→低 ??????公差等級??2???4???5????6????6X???0 ??新標(biāo)準(zhǔn)??/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0 舊標(biāo)準(zhǔn)??B????C???D???EX???E????G——普通級可省略

三、滾動軸承的組合設(shè)計(jì)

滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：軸承的固定、調(diào)整、預(yù)緊、配合、裝拆、潤滑和密封等問題。
? （一）滾動軸承的固定
? 1、周向固定
? 目的：保證軸承受力后，其內(nèi)圈與軸頸、外圈與座孔之間不產(chǎn)生相對圓周運(yùn)動。
? 方法：軸承內(nèi)圈與軸頸配合采用基孔制，軸承外圈與軸承座孔配合采用基軸制，并選擇合適的配合。
? 2、軸向固定
? 目的：保證軸上零件受到軸向力作用時(shí)，軸和軸承不致產(chǎn)生軸向相對移動。
? 內(nèi)圈與軸：
? 1）軸肩
? 2）軸用彈性檔圈—A不大、n不高時(shí)
? 3）軸端檔圈+緊固螺釘—n較大、A中等
? 4）圓螺母+止動墊圈—A較大、n較高
? 5）開口圓錐緊定套+圓螺母和止動墊圈—適于光軸上球面軸承。
? 外圈與座孔：
? 1）孔用彈性檔圈—A不大時(shí)
? 2）軸承外圈止動槽內(nèi)嵌入止動環(huán)固定
? 3）軸承蓋—A較大，n較高時(shí)
? 4）軸承座孔凸肩
? 5）螺紋環(huán)
? 6）軸承套環(huán)—適于同一軸上兩軸承外徑不同時(shí)。
? （二）軸組件的軸向固定
? 1、雙支點(diǎn)單向固定（兩端固定式）
? 兩個支承分別限制軸的單向移動，此種結(jié)構(gòu)適用于工作溫度變化不大的短軸。
?

2、單支點(diǎn)雙向固定（一端固定，一端游動式）
? 一個支承限制軸的雙向移動，另一個支承可以沿軸向移動。當(dāng)軸在工作溫度較高的條件下工作或軸細(xì)長時(shí)，為彌補(bǔ)軸受熱膨脹時(shí)的伸長，常采用一端軸承雙向固定、一端軸承游動的結(jié)構(gòu)形式。
?

3、兩端游動
? 兩個支承都采用外圈無擋邊的圓柱滾子軸承，軸承的內(nèi)、外圈各邊都要求固定，以保證軸能在軸承外圈的內(nèi)表面作軸向游動。這種支承適用于要求兩端都游動的場合。
? （三）滾動軸承支承的調(diào)整
? 軸承組合位置的調(diào)整，包括軸承間隙的調(diào)整和軸系的軸向位置的調(diào)整。
? 軸承間隙的調(diào)整方法很多，最常見的是用增減軸承蓋與箱體間的墊片來調(diào)整。
?

軸系位置的調(diào)整是為了保證軸上零件獲得正確的位置。軸向位置的調(diào)整是通過在軸兩端的軸承蓋處增減墊片實(shí)現(xiàn)的。
?

（四）軸承組合支承部分的剛度和同軸度
? 安裝軸承的軸承座孔處的壁厚應(yīng)適當(dāng)加大或設(shè)加強(qiáng)肋，保證支承剛度。
?

為保證同一軸上各軸孔的同軸度，箱體一般采用整體鑄造的方法生產(chǎn)，并采用直徑相同的軸承孔一次加工。
? （五）滾動軸承的預(yù)緊
? 預(yù)緊的目的是：提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承的組合剛性，減小軸在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動和噪聲。
? 軸承預(yù)緊方法：在軸承外圈(或內(nèi)圈)之間加金屬墊片或?qū)⑼馊?或內(nèi)圈)磨窄來實(shí)現(xiàn)，也可以通過調(diào)整兩軸之間隔套的寬度等方法來獲得。
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（六）軸承的安裝與拆卸
? 安裝軸承時(shí)，可用壓力機(jī)，也可在內(nèi)圈上加套后用錘子均勻敲擊裝入軸頸；對精度要求較高的軸承，還可采用熱配法，將軸承放在不到100°C的油中加熱后，再裝入。
? 軸承的拆卸則要用專門的拆卸工具。
? （七）軸承的潤滑與密封
? 1、軸承的潤滑
? 軸承的潤滑的目的：
? 1）降低摩擦和磨損；
? 2）散熱；
? 3）緩沖、吸振、降低噪音；
? 4）防銹和密封。
? 密封的作用：
? 1）防止內(nèi)部潤滑劑流失；
? 2）防止外部灰塵和水分、雜質(zhì)的侵入。
? 軸承中常用的潤滑劑是潤滑油和潤滑脂。
? 1、脂潤滑
? 承載大，不易流失，結(jié)構(gòu)簡單，密封和維護(hù)方便，但Ff大，易于發(fā)熱?！噙m合于不便經(jīng)常維護(hù)，轉(zhuǎn)速不太高的場合。一般潤滑劑的填充量<1/3～1/2軸承空間。常用鈣基脂（T<65℃），鈉基脂、鈣鈉基脂（T較高），n較高時(shí)，鋰基脂。
? 2、油潤滑
? 油潤滑冷卻效果較好，f較小，但供油系統(tǒng)和密封裝置均較復(fù)雜，適于高速場合。
? 潤滑方式有；油浴或飛濺潤滑、滴油潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等
? 潤滑油粘度的選擇：
? 1）載荷大，n低，工作溫度高時(shí)用粘度大的潤滑油
? 2）載荷小，dn大，用粘度低的潤滑油，攪油損失小，冷卻效果好。
? 2、軸承的密封
? 密封的目的：防止灰塵、水分和雜物侵入軸承內(nèi)，并阻止?jié)櫥瑒┑牧魇А?br /> ? (1)接觸式密封——適于低速，為防止磨損，要求接觸處表面粗糙度小于R1.6～0.8
? 1)氈圈密封——軸承蓋上梯形槽內(nèi)放置矩形剖面細(xì)毛氈，適合于V<4～5m/s，軸承脂潤滑的密封
? 2)橡膠油封（標(biāo)準(zhǔn)件、較常用）——耐油橡膠制唇形密封圈靠彈簧壓緊在軸上，唇向外—防灰法，唇向里—防油流失，組合放置—同時(shí)起防灰和防油流失的作用。
? 油封有：J型、U型和O型，適合于v<12m/s
? (2)非接觸式密封——與軸不直接接觸，適合于高速
? 1)油溝密封（間隙密封）——軸與蓋之間約0.1~0.3mm間隙，蓋上車出溝槽，槽內(nèi)充滿潤滑脂，結(jié)構(gòu)簡單，適于v<5~6m/s
? 2)甩油密封——軸上開溝槽，將欲外流的油沿徑向甩開，再經(jīng)軸承蓋上集油腔及油孔流回軸承；擋油環(huán)式甩油盤—利用離心力甩去檔油環(huán)上的油，讓其流回油箱內(nèi)，以防油沖入軸承內(nèi)。適于軸承脂潤滑。
? 3)曲路密封（迷宮密封）——將旋轉(zhuǎn)和固定的密封零件間的間隙制成曲路形式，縫隙間填入潤滑脂，加強(qiáng)密封效果——密封效果較好，適于油和脂溝滑v<30m/s
? (3)組合式密封——采用兩種以上的密封形式組合在一起，密封的效果較好。
? 另外，某些標(biāo)準(zhǔn)密封軸承——如單面或雙面帶防塵蓋（-RZ）和密封蓋的軸承，由于裝配時(shí)已填入了潤滑脂，∴無需維護(hù)或再加密封裝置——應(yīng)用日趨廣泛。

編輯：黃飛

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