滾動軸承的壽命計算課件

1、61 鍵聯(lián)接 第6章 鍵、花鍵、無鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接63 無鍵聯(lián)接 64 銷聯(lián)接 軸 承機械設計基礎 7/28/2022滾動軸承的壽命計算 以深溝球軸承承受徑向載荷Fr為例：上半圈滾動體不受力，下半圈各滾動體受力大小不相等 ，最下面的滾動體所受載荷最大。滾動軸承的工作情況分析機械設計基礎 7/28/2022 軸承在工作狀態(tài)下，滾動體與旋轉套圈承受變化的脈動接觸應力，固定套圈上最下端一點承受最大脈動接觸應力。滾動體、動圈上確定點的應力變化 Hto固定圈上確定點的應力變化 Hto有載荷無載荷機械設計基礎 7/28/2022 疲勞點蝕 軸承長期承受交變接觸應力作用,元件表面會出現(xiàn)金屬剝落疲勞點蝕。 會使

2、軸承運轉過程中產(chǎn)生振動和噪聲，旋轉精度下降，并逐漸失去工作能力。 疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式。 一、滾動軸承失效形式和計算準則1、失效形式機械設計基礎 7/28/2022 塑性變形 對轉速較低的軸承，在很大的沖擊或靜載荷作用下，滾道和滾動體出現(xiàn)塑性變形的凹坑。 當變形量過大便不能正常工作。 磨損 密封、潤滑不良時，滾動體和套圈表面易產(chǎn)生磨粒磨損。機械設計基礎 7/28/2022對一般轉速軸承，其主要失效形式是疲勞點蝕進行軸承的壽命計算； 對于低速或載荷較大軸承，主要失效形式是塑性應進行靜強度計算； 對于高速軸承，其工作表面易過熱，除了需要進行壽命計算外，還應驗算極限轉速。2、設計準則機械

3、設計基礎 7/28/2022 軸承任一元件出現(xiàn)疲勞點蝕前工作的總轉數(shù)或在一定轉速下總的工作小時數(shù)稱為軸承壽命。 二、 基本額定壽命和基本額定動載荷1、基本額定壽命由于材料、熱處理、 工藝等隨機因素的影響 ， 一批相同型號的軸承在相同條件下，其壽命并不相同，有的相差幾十倍。 一批相同型號的軸承在相同條件下運轉，其中90的軸承未出現(xiàn)疲勞點蝕前所運轉的總轉數(shù)或總工作時數(shù)基本額定壽命。 用L10 (106r) 或Lh表示。 機械設計基礎 7/28/2022 軸承的基本額定壽命為 106r(即:L10 =1)時所能承受的最大載荷基本額定動載荷，以C表示。 即：在基本額定動載荷C作用下，這些軸承中的90可

4、以工作106r，而不發(fā)生疲勞點蝕。 2、基本額定動載荷 基本額定動載荷： 對向心軸承指純徑向載荷，用Cr表示； 對推力軸承指的是純軸向載荷，用Ca表示。 軸承基本額定動載荷可查閱有關設計手冊或軸承生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品樣本。 機械設計基礎 7/28/2022 軸承在既承受軸向載荷又承受徑向載荷，為了便于研究， 將實際的軸向和徑向載荷等效為一假想的當量動載荷P來處理。 在當量動載荷作用下，軸承的工作壽命與在實際工作載荷下的壽命相等。P = X.Fr + Y.Fa 三、滾動軸承的當量動載荷式中：P 當量動載荷(N)；Fr 軸承所承受的徑向載荷(N)；Fa 軸承所承受的軸向載荷(N)；X，Y徑向載荷系數(shù)和軸

5、向載荷系數(shù)，查表25.8。 機械設計基礎 7/28/2022式中：P軸當量動載荷，N； L10 滾動軸承的基本額定壽命，106 r； 軸壽命系數(shù)：對于球軸承 3， 對于滾子軸承103。 四、滾動軸承壽命計算 試驗證明滾動軸承承的的載荷P與壽命L10的關系如圖所示，其方程為：機械設計基礎 7/28/2022 在實際應用中，習慣用工作小時數(shù) Lh 描述軸承的壽命，若軸承的轉速為n，L10=60nLh，則有： 式中：fT溫度系數(shù)，考慮到在工作溫度高于120時，軸 承材料的硬度下降，導致軸承的基本額定動載荷 C下降，其值查表25.9； fP載荷系數(shù)，考慮沖擊和振動載荷對軸承當量動 載荷的影響， 其值查

6、表25.10。 機械設計基礎 7/28/2022 還可根據(jù)載荷大小計算軸承應具的基本額定動載荷C：在選擇軸承型號時， 應滿足：C C。 所選軸承必須滿足： Lh Lh Lh軸承的預期壽命（h），各種機械的預期 壽命可參考表25.11機械設計基礎 7/28/2022 【例】已知一齒輪軸的轉速n=2800 r/min，軸承上的徑向載荷Fr=5000N， 軸向載荷Fa=2600N，工作平穩(wěn)無沖擊。要求軸承壽命Lh=5000h。選用軸承型號為6413，試判斷所選軸承是否合適。 Fa/Cor = 2600 / 78500=0.033 查表25.8 利用插值法查得： 解:由軸承手冊查得，軸承6413：C=

7、118000 N，Cor=78500 N。機械設計基礎 7/28/2022 6413軸承的C = 118000 N大于計算所需的C= 74011 N，故所選軸承合用。 Fa/Fr=2600 / 5000=0.52 e根據(jù)e值查表25-8得：x= 0.56， y= 1.94（插值法）當量動載荷 P = x.Fr+y.Fa =0.565000+1.942600 =7844 N查表25-9得： fT=1.0查表25-10得：fp=1.0計算額定動載荷由式（25-6）得：機械設計基礎 7/28/2022 (1) 根據(jù)工作條件，由表25.9查得fT=1； 查表25.10，溫度不超過100，得fP=1.2

8、， 【思】某減速器的高速軸，已知其轉速 n960rmin，軸承處所受的徑向載荷分別為Fr11500 N，F(xiàn)r2=1200 N，軸向工作載荷Fa=520 N， 軸頸直徑d=40 mm，要求軸承使用壽命不低于25000 h。有輕微沖擊，工作溫度不高于100，試確定軸承型號。 提示：本題屬未定軸承型號的問題，故初選軸承型號，再經(jīng)計算進行校核。解：機械設計基礎 7/28/2022 (2) 求當量動載荷P 該軸承主要承受徑向載荷，軸向載荷較小，轉速較高，所以選深溝球軸承。初選6208軸承， 查手冊得C=29.5kN，C0r=18 kN。 根據(jù)FaC0r=520/18000=0.029，查表25.8得e=

9、0.22；P1=X.Fr1+Y.Fa=(0.561500) + (1.98520)=1869.6 N查表25.8 ，F(xiàn)a/Fr1=0.35e，查得：X=0.56，Y=1.98，(3) 計算所需的額定動載荷C 由于CC，故6208軸承滿足要求機械設計基礎 7/28/2022角接觸軸承(3類、7類)的承受徑向載荷時，作用在滾動體上的法向力可分解為徑向分力和軸向分力。 各個滾動體上所受軸向分力的合力即為軸承的附加派生軸向力FS。 附加派生軸向力的方向為從外圈的寬邊指向窄邊。 五、角接觸軸承的內(nèi)部軸向力1. 角接觸軸承的附加軸向力派生軸向力的大小的計算式見表25.12。機械設計基礎 7/28/2022

10、2. 軸承的裝配形式 為了保證軸承正常工作，向心角接觸軸承通常成對使用，對稱安裝。安裝的方式有兩種： 正裝：外圈窄邊相對，即“面對面”。反裝：外圈寬邊相對，即“背對背”。機械設計基礎 7/28/20223. 角接觸軸承軸向載荷Fa1與Fa2的計算 計算角接觸軸承的軸向載荷Fa時，需將軸承的派生軸向力Fs1、Fs2考慮進去。 當Fx+ Fs1Fs2時： 軸有向右移動的趨勢，軸承被端蓋頂住而壓緊，故還將受到平衡力Fs2作用，由平衡條件：Fa2Fs2Fs2FxFs1 軸承1處于放松狀態(tài)，只受派生軸向力，即Fa1Fs1機械設計基礎 7/28/2022 當Fx+ Fs1Fs2時： 軸有向左移動的趨勢，軸

11、承1被端蓋頂住而壓緊。故還將受到平衡力Fs1作用，由平衡條件： Fa1Fs1Fs1Fs2Fx 軸承2處于放松狀態(tài)，只受派生軸向力，即Fa2Fs2機械設計基礎 7/28/2022向心角接觸軸承軸向載荷Fa的計算方法 確定軸承派生軸向力。 Fs1、Fs2的方向由外圈寬邊指向窄邊，其大小按表25-12所列公式計算。 確定軸承的壓緊端和放松端。根據(jù)Fx、Fs1、Fs2判斷軸的移動趨勢，判定壓緊端和放松端。 計算各軸承的軸向載荷。 被壓緊的軸承的軸向載荷等于除其本身派生軸向力外的，其它所有軸向力的代數(shù)和； 放松狀態(tài)軸承的軸向載荷等于其本身的派生軸向力。機械設計基礎 7/28/2022 【例】有一對700

12、00AC型軸承正裝，已知Fr11000N，F(xiàn)r22100N，作用于軸心線上的軸向載荷Fx700N，求軸承所受的軸向載荷Fa1、Fa2。 Fs10.68 Fr110000.68680N； Fs20.68 Fr221000.681428N； 解：由表25-12得派生軸向力 FxFs1700N680N1380N Fs2； 軸承1被壓緊，其軸向載荷為Fa1 Fs2 -Fx528N； 軸承2被放松，其軸向載荷為Fa2Fs21428N機械設計基礎 7/28/2022 【例】軸上兩端“面對面”安裝一對7309AC軸承，軸的轉速n=300 rmin，軸承所受徑向載荷分別為Fr1=2500 N，F(xiàn)r2=1000

13、N，軸上的軸向載荷Fx=1200 N，方向指向軸承I。工作時有較大沖擊，環(huán)境溫度125。試計算軸承的壽命。 解:(1)計算內(nèi)部軸向力。FS1=0.68Fr1=0.682500N =1700 NFS2=0.68Fr2=0.681000N =680 N對7309AC型軸承，查表25.12得:機械設計基礎 7/28/2022 故軸承有被“壓緊”趨勢， 軸承有被“放松”趨勢，于是有： (2)計算軸承所受的軸向載荷。Fa1=Fx+FS2=1880 NFa2=FS2=680N機械設計基礎 7/28/2022 查表25.8，知70000AC軸承的判別系數(shù)e0.68， 故 再由表25.8，查得X10.41，Y

14、10.87，X21，Y2=0P1= X1.Fr1+Y1.Fa1=0.412500+0.871880 =2660.6 NP2 =X2.Fr2+Y2.Fa2= 11000N =1000 N (3) 計算軸承當量動載荷。則軸承的當量動載荷為：機械設計基礎 7/28/2022 故軸承的壽命約為19606.8 h，軸承的壽命約為369271.2 h。 這對軸承的工作壽命為19606.8 h。 （4）計算軸承壽命。查表25.10，得fP=1.83.0，取中間值fP=2.4。查表25.9，得fT=0.95。查手冊得7309AC的C=47 500 N。機械設計基礎 7/28/2022軸承類型相對軸向載荷Fa

15、/ C0re單列軸承雙列軸承Fa/FreFa/FreFa/FreFa/Fre XYXYXYXY深溝球軸承（60000）0.0140.0280.0560.0840.1100.2500.2800.4200.5600.190.220.260.280.300.340.380.420.44100.562.301.991.711.551.451.311.151.041.00100.562.301.991.711.551.451.311.151.041.00調(diào)心球軸承（10000）1.5tan100.400.4cot10.42 cot0.650.65 cot調(diào)心滾子軸承（20000）1.5tan10.45

16、cot0.670.67 cot表25.8 徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y機械設計基礎 7/28/2022軸承類型相對軸向載荷Fa/C0re單列軸承雙列軸承Fa/FreFa/FreFa/FreFa/FreXYXYXYXY角接觸球軸承（70000C）0.0150.0290.0580.0870.1200.2500.2900.4400.5800.380.400.430.460.470.500.550.560.56100.441.471.401.301.231.191.121.021.001.0011.651.571.461.381.341.261.141.121.120.722.392.282.112

17、.001.931.821.661.631.63角接觸球軸承（70000AC）0.68100.410.8710.920.671.41角接觸球軸承（70000B）1.14100.350.5710.550.570.93圓錐滾子軸承（30000）1.5tan100.40.4 cot10.45 cot0.670.67 cot續(xù)表25.8 徑向載荷系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y機械設計基礎 7/28/2022表25.9 溫 度 系 數(shù) fT工作溫度120125150175200225250300fT1.00.950.90.850.80.750.70.6機械設計基礎 7/28/2022表25.10 載 荷 系 數(shù) fP 載荷性質(zhì)fP 舉例無沖擊或輕微沖擊中等沖擊劇烈沖擊1.01.21.21.81.83.0 電機、汽輪機、通風機、水泵