角接触球轴承的选用与寿命计算

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角接触球轴承的选用与寿命计算

作者：刘雪梅

来源：《学周刊·A》2014年第01期

摘要：本文通过对角接触球轴承的受力分析、应力分析，轴向载荷的计算，当量动载荷计算总结了角接触球轴承的选用与疲劳寿命计算方法。

关键词：角接触球轴承受力分析轴向载荷寿命

轴承是各类机器设备中的重要支承部件，它的主要功能是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。滚动轴承由于摩擦阻力较小，机械效率较高，润滑和维护方便，并且已经标准化，因而在机器设备的设计与维修中被广泛应用，其中角接触球轴承由于能够同时承受径向载荷和轴向载荷而经常被存在轴向推力负载的机器选用。

选择角接触球轴承，必须根据工作条件对所选型号轴承的寿命进行计算，即其使用寿命的检验，其关键在于轴承轴向载荷的计算。下面笔者就其受力分析，轴向载荷计算，寿命计算等相关问题进行讨论。

一、角接触球轴承的受力分析

由于结构原因，即接触角的存在，当角接触球轴承承受径向载荷Fr时，滚动体与轴承内圈或外圈的作用力方向不在径向平面内，将派生一个内部轴向力FS，如图1所示，内部轴向力的方向由轴承宽边指向窄边，大小由公式求出：

70000C型：α=15° FS=eFr

70000AC型：α=25° FS=0.68Fr

70000B型：α=40° FS=1.14Fr

e—判断系数，由相关机械设计手册查得

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图1

二、应力分析

角接触球轴承工作时随着轴承内圈相对于外圈的转动，滚动体也随着运动。于是内外圈与滚动体的接触点不断发生变化，各元件表面层接触应力也随着作周期性变化。另外，在径向载

机械设计方案轴承计算题

1. 图4所示一对角接触球轴承支承的轴系，轴承正安装（面对面），已知两个轴承的径向载荷分别为F r 1=2000N ，F r 2=4000N,轴上作用的轴向外载荷K A =1000N ，轴承内部派生轴向力S 的计算式为S =0.7F r ，当轴承的轴向载荷与径向载荷之比F a /F r >e 时，X =0.41， Y =0.87；F a /F r ≤e 时，X =1，Y =0，e =0.68；载荷系数f p =1.0.试计算： （1）两个轴承的轴向载荷F a 1、F a 2; （2）两个轴承的当量动载荷P 1、P 2 1. 解 （1）S 1=0.7F r1=0.7×2000=1400N S 2=0.7F r2=0.7×4000=2800N S 1、S 2方向如第29题答案图。 Θ S 1+K A =1400+1000=2400N==9.02000 1800 11 ∴N F Y F X f P a r p 2386)180087.0200041.0(0.1)(11111=?+??=+=…（3分） Θ e F F r a >==7.04000 2800 22 ∴N F Y F X f P a r p 4076)280087.0400041.0(0.1)(22222=?+??=+= 2.下图所示为一对角接触球轴承支承的轴系，轴承正安装（面对面），已知两个轴承的径向载荷分别为1R F =2000N ，2R F = 4000N ，轴上作用的轴向外加载荷X F =1000N,轴承内部附加轴向力S F 的计算为S F =0.7R F ，当轴承的轴向载荷与径向载荷之比 A R F F ＞e 时，X=

滚动轴承的寿命计算

滚动轴承的寿命计算 1 基本额定寿命和基本额定动载荷 轴承中任一元件出现疲劳点蚀前的总转数或一定转速下工作的小时数称为轴承寿命。大量实验证明，在一批轴承中结构尺寸、材料及热处理、加工方法、使用条件完全相同的轴承寿命是相当离散的（图1是一组20套轴承寿命实验的结果），最长寿命是最短寿命的数十倍。对一具体轴承很难确切预知其寿命，但对一批轴承用数理统计方法可以求出其寿命概率分布规律。轴承的寿命不能以一批中最长或最短的寿命做基准，标准中规定对于一般使用的机器，以90%的轴承不发生破坏的寿命作为基准。 （1）基本额定寿命 一批相同的轴承中90%的轴承在疲劳点蚀前能够达到或 超过的总转数r L （610转为单位）或在一定转速下工作的小时数()h h L 。 图1 轴承寿命试验结果 可靠度要求超过90%，或改变轴承材料性能和运转条件时，可以对基本额定寿命进行修正。 （2）基本额定动载荷 滚动轴承标准中规定，基本额定寿命为一百万转 时，轴承所能承受的载荷称为基本额定动载荷，用字母C 表示，即在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作一百万转而不发生点蚀失效的概率为90%。基本额定动载荷是衡量轴承抵抗点蚀能力的一个表征值，其值越大，轴承抗疲劳点蚀能力越强。基本额定动载荷又有径向基本额定动载荷（r C ）和轴向基本额定

动载荷（a C ）之分。径向基本动载荷对向心轴承（角接触轴承除外）是指径向载荷，对角接触轴承指轴承套圈间产生相对径向位移的载荷的径向分量。对推力轴承指中心轴向载荷。 轴承的基本额定动载荷的大小与轴承的类型、结构、尺寸大小及材料等有关，可以从手册或轴承产品样本中直接查出数值。 2 当量动载荷 轴承的基本额定动载荷C （r C 和a C ）是在一定条件下确定的。对同时承受径向载荷和轴向载荷作用的轴承进行寿命计算时，需要把实际载荷折算为与基本额定动载荷条件相一致的一种假想载荷，此假想载荷称为当量动载荷，用字母P 表示。 当量动载荷P 的计算方法如下： 同时承受径向载荷r F 和轴向载荷a F 的轴承 ()P r a P f XF YF =+ （1） 受纯径向载荷r F 的轴承（如N 、NA 类轴承） P r P f F = （2） 受纯轴向载荷a F 的轴承（如5类、8类轴承） P a P f F = （3） 式中：X ——径向动载荷系数，查表1； Y ——轴向动载荷系数，查表1； P f 冲击载荷系数，见表2。 载荷系数P f 是考虑了机械工作时轴承上的载荷由于机器的惯性、零件的误差、轴或轴承座变形而产生的附加力和冲击力，考虑这些影响因素，对理论当量动载荷加以修正。 表中e 是判断系数。0/a r F C 为相对轴向载荷，它反映轴向载荷的相对大小，其中0r C 是轴承的径向基本额定载荷。表中未列出0/a r F C 的中间值，可按线性插值法求出相对应的e 、Y 值。

角接触轴承安装方法

角接触球轴承，可同时承受径向负荷和轴向负荷，也可以承受纯轴向负荷，极限转速较高。该轴 承承受轴向负荷的能力由接触角决定，接触角大，承受轴向负荷的能力高。接触角α的定义为，径向平面上连接滚球和滚道触点的线与一条同轴承轴垂直的线之间的角度。 单列角接触球轴承有以下几种结构形式： （1）分离型角接触球轴承 这种轴承的代号为S70000，其外圈滚道边没有锁口，可以与内圈、保持架、纲球组件分离，因而可以分别安装。这类多为内径小于10mm的微型轴承，用于陀螺转子、微电动机等对动平衡、噪声、振动、稳定性都有较高要求的装置中。 （2）非分离型角接触球轴承 这类轴承的套圈沟道有锁口，所以两套圈不能分离。按接触角分为三种： ①接触角α=40°，适用于承受较大的轴向载荷； ②接触角α=25°，多用于精密主轴轴承；

③接触角α=15°，多用于较大尺寸精密轴承。 （3）成对配置的角接触球轴承 成对配置的角接触球轴承用于同时承受径向载荷与轴向载荷的场合，也可以承受纯径向载荷和任一方向的轴向载荷。此种轴承由生产厂按一定的预载荷要求，选配组合成对，提供给用户使用。当轴承安装在机器上紧固后，完全消除了轴承中的游隙，并使套圈和纲球处于预紧状态，因而提高了组合轴承的钢性。 单列角接触球轴承以径向负荷为主的径、轴向联合负荷，也可承受纯径向负荷，除串联式配置外，其他两配置均可承受任一方向的轴向负荷。在承受径向负荷时，会引起附加轴向力。因此一般需成对使用，做任意配对的轴承组合，成对安装的轴承按其外圈不同端面的组合分为：背对背配置、面对面配置、串联配置（也称：O型配置、X型配置、T型配置）三种类型： 背对背配置O型配置面对面配置 X型配置 串联配置 T型配置 ①背对背配置，后置代号为DB（如70000/DB），背对背配对的轴承的载荷线向轴承轴分开。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。背对背安装的轴承提供刚性相对较高的轴承配置，而且可承受倾覆力矩。 ②面对面配置，后置代号为DF（如70000/DF），面对面配对的轴承的载荷线向轴承轴汇合。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。这种配置不如背对背配对的刚性高，而且不太适合承受倾覆力矩。这种配置的刚性和承受倾覆力矩的能力不如DB配置形式，轴承可承受双向轴向载荷； ③串联配置，后置代号为DT（如70000/DT），串联配置时，载荷线平行，径向和轴向载荷由轴承均匀分担。但是，轴承组只能承受作用于一个方向上的轴向载荷。如果轴向载荷作用于相反方向，或如果有复合载荷，就必须增加一个相对串联配对轴承调节的第三个轴承。这种配置也可在同一支承处串联三个或多个轴承，但只能承受单方向的轴向载荷。通常，为了平衡和限制轴的轴向位移，另一支承处需安装能承受另一方向轴向载荷的轴承。 此外，还有一种可供任意配对的单列角接触球轴承。这种轴承经特殊加工，可以两个背靠背、两个面对面或两个串联等任意方式组合，配对组合的轴向间隙可根据需要选择，后置代号CA表示轴向间隙较小，CB表示轴向间隙适中，CC表示轴向间隙较大。 万能配对的轴承，也可按使用要求配置成有预过盈的轴承，并以后置代号GA、GB、GC表示。GA 表示配对后有较小的预过盈；GB表示配对后有中等预过盈；GC表示配对后有较大的预过盈。

滚动轴承地寿命计算

滚动轴承的寿命计算 一、基本额定寿命和基本额定动载荷 1、基本额定寿命L10 轴承寿命：单个滚动轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或在一定转速下的工作小时数称轴承寿命。由于材料、加工精度、热处理与装配质量不可能相同,同一批轴承在同样的工作条件下，各个轴承的寿命有很大的离散性，所以，用数理统计的办法来处理。 基本额定寿命L10——同一批轴承在相同工作条件下工作，其中90%的轴承在产生疲劳点蚀前所能运转的总转数（以106为单位）或一定转速下的工作时数。（失效概率10%）。 2、基本额定动载荷C 轴承的基本额定寿命L10=1（106转）时，轴承所能承受的载荷称基本额定动载荷C。在基本额定动载荷作用下，轴承可以转106转而不发生点蚀失效的可靠度为90%。 基本额定动载荷C （1）向心轴承的C是纯径向载荷； （2）推力轴承的C是纯轴向载荷； （3）角接触球轴承和圆锥滚子轴承的C是指引起套圈间产生相对径向位移时载荷的径向分量。 二、滚动轴承的当量动载荷P 定义：将实际载荷转换为作用效果相当并与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的假想载荷，该假想载荷称为当量动载荷P，在当量动载荷P作用下的轴承寿命与实际联合载荷作用下的轴承寿命相同。 1．对只能承受径向载荷R的轴承（N、滚针轴承）P=F r 2．对只能承受轴向载荷A的轴承（推力球（5）和推力滚子（8））P= F a 3．同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承P=X F r+Y F a X——径向载荷系数，Y——轴向载荷系数，X、Y——见下表。 径向动载荷系数X和轴向动载荷系数

表12－3 考虑冲击、振动等动载荷的影响，使轴承寿命降低，引入载荷系数fp—见下表。载荷系数fp 表12－4

滚动轴承的选择及校核计算

滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命 16×365×8=48720小时 1、计算输入轴承 （1）已知nⅡ=458.2r/min 两轴承径向反力：F R1=F R2=500.2N 初先两轴承为角接触球轴承7206AC型 根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力 F S=0.63F R则F S1=F S2=0.63F R1=315.1N (2) ∵F S1+Fa=F S2 Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端 F A1=F S1=315.1N F A2=F S2=315.1N (3)求系数x、y F A1/F R1=315.1N/500.2N=0.63 F A2/F R2=315.1N/500.2N=0.63 根据课本P263表（11-8）得e=0.68 F A1/F R1

根据手册得7206AC型的Cr=23000N 由课本P264（11-10c）式得 L H=16670/n(f t Cr/P)ε =16670/458.2×(1×23000/750.3)3 =1047500h>48720h ∴预期寿命足够 2、计算输出轴承 (1)已知nⅢ=76.4r/min Fa=0 F R=F AZ=903.35N 试选7207AC型角接触球轴承 根据课本P265表（11-12）得F S=0.063F R,则 F S1=F S2=0.63F R=0.63×903.35=569.1N (2)计算轴向载荷F A1、F A2 ∵F S1+Fa=F S2 Fa=0 ∴任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端 两轴承轴向载荷：F A1=F A2=F S1=569.1N (3)求系数x、y F A1/F R1=569.1/903.35=0.63 F A2/F R2=569.1/930.35=0.63 根据课本P263表（11-8）得：e=0.68 ∵F A1/F R1

滚动轴承计算题(30题)

滚动轴承30题（当量动载荷、寿命计算等） 1．有一轴由一对角接触球轴承支承，如图所示。已知：齿轮的分度圆直径d =200mm ，作用在齿轮上的载荷为T F =1890N, =700N, =360N.轴承的内部轴向力S 与径向载荷的关系式为：S=0.4T F 。求两轴承所承受的轴向载荷。 题1图 解：受力分析如图示。 2V 题1答图 1150100 300 700150360100470300 r A v N F F R ?+?= ?+?== 21700470230v r v N R F R =-=-= 2111 189094522 H H r N R R F == =?= 1R = 2R = 1 10.4S R = 220.4S R = 1 S 、2S 方向如图示 1 2400360782A N S S F +=+=> 所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。

1 21 1422,782A N N S S A A F ===+= 2．如图所示，某轴用一对30307圆锥滚子轴承，轴承上所受的径向负荷R 1=2500N ，R 2=5000N ，作用在轴上的向外负荷F a1=400N,F a2=2400N 。轴在常温下工作，载荷平稳f P =1。试计算轴承当量动负载大小，并判断哪个轴承寿命短些？（注：30307轴承的Y=1.6,e=0.37,S=R/(2Y);当A/R>e 时，X=0.4,Y=1.6；当A/R<=e 时，X=1,Y=0） 题2图 解：受力分析如图示。 题2答图 1 1250078122 1.6N Y R S = = =? 225000 156322 1.6 N Y R S ===? 2 1 1 278124004002781a a N S S F F +-=+-=> 所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。 1 1211 1781,2781a a N N S S A A F F ===+-= 11 781 0.312500 e A R = =< 22 2781 0.565000 e A R = =< 所以 1 1 1 1 1 ()2500P N f P X R Y A = += 2 2 2 2 2 ()6450P N f P X R Y A = += 因为1P < 2P 所以轴承2寿命短些

滚动轴承的寿命计算

滚动轴承的寿命计算 四．滚动轴承的受载和失效 1．滚动轴承的受载特点 （a）转动圈各点及滚动体的径向载荷及应力分布 （b）固定圈各点的径向载荷及应力分布深沟球轴承的经向载荷分布通用轴承各滚动元件的载荷及应力分布 ⑴对于转动圈及滚动体经过承载区的各点时接触载荷及应力是变化的；而在每一接触点上的接触载荷及应力呈脉动循环的特征；在非承载区不受载； ⑵对于固定圈各点的受载及应力是不等的，而在每一承载点处承载时的接触载荷及应力均呈现同一的脉动循环的特征，只是幅度的值不同； 其中最下端处受载最大其值是，对于深沟球轴承（6类）：F0=（4.37/Z）Fr。 2．滚动轴承的失效形式 ⑴对于正常运转的轴承（10 r/min＜n＜n lim）——内外圈及滚动体的疲劳点蚀； ⑵对于静止不转或转速低（n≤10 r/min）或间歇摆动的轴承——内外圈及滚动体的塑性变形；

⑶内外圈及滚动体的不可避免的摩擦磨损； 3．滚动轴承的设计准则 ⑴对于正常运转的轴承——为防止疲劳点蚀，以疲劳强度计算为依据，进行寿命计算； ⑵对于低速轴承，或承受连续载荷或承受间断载荷而不旋转的轴承，要求控制塑性变形，——进行静强度计算； ⑶对于高速运转轴承——除进行寿命计算，还要验算轴承的极限转速。 五．滚动轴承的设计计算 ㈠类型的选择 滚动轴承是标准件，在机械设计中，要求能正确地选用滚动轴承。首先选择轴承的类型；然后再根据工作条件、使用要求及轴承特性进行相应的计算，并从有关国标中选取合适的型号。 选择轴承的类型时，应考虑以下因素： 1．轴承的载荷 轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。 （1）当载荷较小时，宜选用球轴承；当载荷较大时，宜选用滚子轴承； （2）当只承受径向载荷，选用径向接触轴承（深沟球轴承、圆柱滚子轴承）；当只承受轴向载荷，选用轴向接触轴承； （3）当轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，可根据它们的相对值考虑： ①当轴向载荷比径向载荷小得多时，可选用深沟球轴承； ②当轴向载荷比径向载荷较小时，根据转速（见2．轴承的转速）可选用接触角较小的向心角接触轴承（向心角接触球轴承或圆锥滚子轴承）； ③当轴向载荷比径向载荷大，可选用接触角较大的推力角接触轴承或选用轴向接触轴承与径向接触轴承组合使用。 （4）当有冲击载荷时，宜选择滚子轴承。 2．轴承的转速 在轴承手册中，极限转速是滚动轴承在一定载荷与润滑条件下允许的最高转速，轴承的工作转速应小于极限转速。 高速时（＞1000r/min），应优先选用球轴承。 3．轴承的调心性能

轴承寿命

§12—3－3 滚动轴承的寿命计算 一、基本额定寿命和基本额定动载荷 1、基本额定寿命L10 轴承寿命：单个滚动轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或在一定转速下的工作小时数称轴承寿命 ．．．．。由于材料、加工精度、热处理与装配质量不可能相同,同一批轴承在同样的工作条件下，各个轴承的寿命有很大的离散性，所以，用数理统计的办法来处理。 基本额定寿命L10——同一批轴承在相同工作条件下工作，其中90%的轴承在产生疲劳点蚀前所能运转的总转数（以106为单位）或一定转速下的工作时数。（失效概率10%）。 2、基本额定动载荷C 轴承的基本额定寿命L10=1（106转）时，轴承所能承受的载荷称基本额定动载荷C。在基本额定动载荷作用下，轴承可以转106转而不发生点蚀失效的可靠度为90%。 基本额定动载荷C （1）向心轴承的C是纯径向载荷； （2）推力轴承的C是纯轴向载荷； （3）角接触球轴承和圆锥滚子轴承的C是指引起套圈间产生相对径向位移时载荷的径向分量。 二、滚动轴承的当量动载荷P 定义：将实际载荷转换为作用效果相当并与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致 的假想载荷，该假想载荷称为当量动载荷 ．．．．．P，在当量动载荷P作用下的轴承寿命与实际联合载荷作用下的轴承寿命相同。 1．对只能承受径向载荷R的轴承（N、滚针轴承）P=F r 2．对只能承受轴向载荷A的轴承（推力球（5）和推力滚子（8））P= F a 3．同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承P=X F r +Y F a X——径向载荷系数，Y——轴向载荷系数，X、Y——见下表。 径向动载荷系数X和轴向动载荷系数

表12－3 考虑冲击、振动等动载荷的影响，使轴承寿命降低，引入载荷系数fp—见下表。载荷系数fp 表12－4

滚动轴承计算题汇总

滚动轴承25题（当量动载荷、寿命计算等） 1．有一轴由一对角接触球轴承支承，如图所示。已知：齿轮的分度圆直径 d =200mm ，作用在齿轮上的载荷为T F =1890N, =700N, =360N.轴承的内部轴向力 S 与径向载荷的关系式为：S=0.4T F 。求两轴承所承受的轴向载荷。 题1图 解：受力分析如图示。 2V 题1答图 1150100 300 700150360100470300 r A v N F F R ?+?= ?+?== 21700470230v r v N R F R =-=-= 2111 189094522 H H r N R R F == =?= 1R = 2R = 1 10.4S R = 2 20.4S R = 1 S 、2S 方向如图示 1 2400360782A N S S F +=+=> 所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。

1 21 1422,782A N N S S A A F ===+= 2．如图所示，某轴用一对30307圆锥滚子轴承，轴承上所受的径向负荷R 1=2500N ，R 2=5000N ，作用在轴上的向外负荷F a1=400N,F a2=2400N 。轴在常温下工作，载荷平稳f P =1。试计算轴承当量动负载大小，并判断哪个轴承寿命短些？（注：30307轴承的Y=1.6,e=0.37,S=R/(2Y);当A/R>e 时，X=0.4,Y=1.6；当A/R<=e 时，X=1,Y=0） 题2图 解：受力分析如图示。 题2答图 1 12500 78122 1.6 N Y R S = = =? 2 25000 156322 1.6 N Y R S = = =? 2 1 1 278124004002781a a N S S F F +-=+-=> 所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。 1 1211 1781,2781a a N N S S A A F F ===+-= 11 781 0.312500 e A R = =< 22 2781 0.565000 e A R = =< 所以 1 1 1 1 1 ()2500P N f P X R Y A = +=

标准滚动轴承承载能力计算

标准滚动轴承承载能力计算 在跟踪架通用轴系中，标准滚动轴承是重要的部件，轴承的承载能力计算是轴系设计中的关键问题。采用通用轴系后，地平式跟踪架水平轴两端的轴承主要承受径向载荷，同时承受一定量的轴向载荷。垂直轴上的轴承要承载垂直轴及上部转体的负荷，载荷较大；另一方面垂直轴为了满足强度和刚度的要求，轴径一般较大，轴承的尺寸与轴要相互配合，因此使用时必须考虑轴承的尺寸和轴向承载能力。同时为了减少跟踪架的成本，尽量采用轴承厂批量生产的轴承。 角接触球轴承按公称接触角分为 15°、25°、40°三种类型，公称接触角越大，轴向承载能力越强。 目前批量生产的角接触球轴承，尺寸最大是接触角为 25°的 7244AC，其外形尺寸为 220 ×400×65。 下表中给出了 7244AC 轴承的相关参数 轴承额定载荷选取的流程为： （1）计算滚动轴承的当量载荷 在实际应用中，根据跟踪架承载状况先估算出轴承承受的径向载荷和轴向载荷，则可计算出此时轴承的当量动载荷 P 为： 式中 X ——径向动载荷系数； Y ——轴向动载荷系数； ——载荷系数。 （2）基本额定动载荷 C 选取 计算出轴承实际工作时的当量载荷后，当轴承的预期使用寿命选定，轴 承最大转速n可知时，可计算出轴承应具有的基本额定动载荷C′，在手册中选择轴承时，所选轴承应满足基本额定载荷 C > C′。

式中 ——温度系数，可从机械设计手册中查得； ε——寿命指数，球轴承取3，滚子轴承取10/3。 由于角接触轴承的径向承载能力大于轴向承载能力，而其在垂直轴上的应用主要承受较大轴向载荷，因此必须考虑其轴向承载能力。 （3）轴承受轴向载荷时承载能力分析 在轴承转速不高时，可以忽略钢球离心力和陀螺力矩的影响，钢球与内外套圈的接触角相等。 由赫兹接触理论得到轴承滚动体与内外滚道的接触变形和负荷之间的相互关系，可以表示为 式中 —滚动体与内外滚道接触变形总量； K —系数； Q —滚动体承受载荷； t —指数，线接触时为，点接触时为 2/3。

角接触和圆锥滚子轴承受力分析详解

角接触球轴承和圆锥滚子轴承受力分析详解 一、反装（背靠背安装） 外圈窄边称为面，宽边称为背 模型建立：以轴系为隔离体，轴承内圈与轴固定为刚体，外圈与轴承 座（箱体）固定为刚体 设轴承所受的实际轴向力分别为1a F 和2a F ，则轴向平衡条件为 12a a ae F F F =+

受力分析： 如果恰好 12d d ae F F F =+，则轴向力11d a F F =，22d a F F =。这种情况很少出现，一般情况下 12d d ae F F F ≠+，这时需要根据轴的窜动趋势进行计算。轴的窜动趋势有“向左”和“向右”两种情况： 1）如果12d d ae F F F >+，则轴有向左窜动的趋势，轴承1被压紧，轴 承2被放松，此时轴承座必须附加一个力F ?给轴承1，以保持轴向力平衡 因此轴承1所受的实际轴向力为 211d ae d a F F F F F +=?+= 轴承2所受的实际轴向力为 2212d ae d ae ae a a F F F F F F F =-+=-=

2）如果12d d ae F F F <+，则轴有向右窜动的趋势，轴承2被压紧，轴 承1被放松，此时轴承座必须附加一个力F ?给轴承2，以保持轴向力平衡 因此轴承2所受的实际轴向力为 ae d d a F F F F F -=?+=122 轴承1所受的实际轴向力为 1121d ae ae d ae a a F F F F F F F =+-=+= 结论：被放松轴承的轴向力等于自身的派生轴向力；被压紧轴承的轴 向力等于除自身派生轴向力外的其他轴向力之和（注意方向）。 注意点： 1）派生轴向力一定从外圈的宽边指向窄边，大小应根据公式计算； 2）精确计算时，支点位置需查手册，一般计算取轴承宽度中点； 3）计算和判断时必须注意轴向力的方向； 4）这两类轴承通常需要成对使用。

最新 角接触球轴承动刚度的计算分析-精品

角接触球轴承动刚度的计算分析 赵耿，刘保国，冯伟，王攀 （河南工业大学机电工程学院，河南郑州 450001） 摘要：通过对轴承运动过程进行物理模型简化以及力学分析，运用MATLAB建立了角接触球轴承的刚度数值计算模型，经实例验证能很好地计算出不同参数下的轴承刚度。本文通过对7012C型角接触球轴承进行实例计算分析，发现：轴承刚度随着转速的提高呈减小趋势，但各方向刚度变化趋势存在不同；轴承钢球陀螺力矩以及离心作用惯性力随着转速增大逐渐增大；轴承刚度受轴承滚珠离心作用惯性力以及陀螺力矩的影响，轴承的刚度随着轴承滚珠离心作用惯性力及陀螺力矩的增大呈减小趋势。 关键词：轴承；角接触球轴承；轴承刚度；陀螺力矩；离心作用；Matlab 中图分类号：TH123；TH133.3 文献标志码：A DOI： 10.3969/j.issn.1674-9146.2017.08.075 高速电主轴作为高精密机床的核心部件，已成为世界各国的重点研究对象[1]，高速电主轴的研制能够为高精密数控机床系统提供更好的动力系统。角接触球轴承作为高速电主轴的主要支撑部件，其高速运行情况下的力学特性将会影响电主轴工作性能[2]。轴承刚度被视为衡量轴承性能的重要指标之一，它对轴承的负载能力、极限转速以及使用寿命有重要的影响。李纯洁等人研究发现随着预紧力的增大角接触球轴承的等效动刚度也随之增大，且当预紧力增大到一定范围时动刚度受预紧力影响明显变小[3]。王保民等人通过建立模型分析了预紧力对角接触球轴承的接触角、球的离心力和陀螺力矩的影响[4]。本文通过数值算法建立了轴承刚度计算模型，计算分析了在预紧力一定的情况下，角接触球轴承的动刚度在不同转速下刚度的变化，为高速电主轴主轴系统的模型建立提供数据支持。 1 数学模型的建立 该数学模型以Jones滚道控制理论为基础建立，运用Newton-Raphson迭代方法进行数值计算，在模型建立之前先做如下假设：一是轴承的几何形状理想；二是外圈固定，内圈相对于外圈做旋转运动；三是忽略钢球和内外圈沟道之间的摩擦力；四是轴承构件间的相互作用均符合Hertz接触理论；五是不计轴承内部油膜厚度和油膜阻力带来的影响[5]。 第76页图3为轴承受载前后，在第k个滚珠位置φk处，轴承的滚珠中心以及轴承内外圈沟道曲率中心在受载前后的位置相对变化。

轴承相关计算

第十八章滚动轴承 §18-1 滚动轴承的结构及类型 一、滚动轴承的结构 滚动轴承一般是由内圈、外圈、滚动体和保持架组成(图18-1)。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，如图18-2所示。 图18-1滚动轴承结构图18-2滚动轴承运动 滚动体与内外圈的材料应具有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用含铬合金钢制造，经热处理后硬度可达HRC61~65，工作表面须经磨削和抛光。保持架一般用低碳钢板冲压制成，高速轴承多采用有色金属或塑料保持架。 与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，起动灵敏、效率高、润滑简便和易于互换等优点，所以获得广泛应用。它的缺点是抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。由于滚动轴承已经标准化，并由轴承厂大批生产，所以，使用者的任务主要是熟悉标准、正确选用。 图18-3给出了不同形状的滚动体，按滚动体形状滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承。滚子又分为长圆柱滚子、短圆柱滚子、螺旋滚子、圆锥滚子、球面滚子和滚针等。

图18-3 滚动体的形状二、滚动轴承的类型 滚动轴承常用的类型和特性，见表18-1。

由于结构的不同，各类轴承的使用性能如下。 1．承载能力 在同样外形尺寸下。滚子轴承的承载能力约为球轴承的1.5~3倍。所以，在载荷较大或有冲击载荷时宜采用滚子轴承。但当轴承内径d≤20mm时，滚子轴承和球轴承的承载能力已相差不多，而球轴承的价格一般低于滚子轴承，故可优先选用球轴承。 2．接触角α 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。表18-2列出各类轴承的公称接触角。

轴承尺寸规格计算方法

一、轴承类型表示法：代号（从右数第四位数字） 0：深沟球轴承 1：调心球轴承 2：圆柱滚子轴承 3：调心滚子轴承 4：滚针轴承 5：螺旋滚子轴承 6：角接触球轴承 7：圆锥滚子轴承 8：推力球轴承推力角接触球轴承 9：推力圆柱滚子轴承推力调心滚子轴承推力滚针轴承推力圆锥滚子轴承 二、轴承尺寸表示法 直径系列，代号（从右数第三位数字） 超特轻：7 例：1000700 超轻：8 9 例：7000800 7000900 特轻：1 7 例：7000100 7002700 轻：2 例：3056200 中：3 例：300 重：4 例：2086400 宽度系列，代号（右数第七位数字） 窄：7 例：7000800 正常：1 例：1000700 宽：2 例：2007900 特宽：3 例：3000700 4 例：4774900 高度系列，代号（右数第七位数字） 特低：7 例：7589900 低：9 例：9008900 正常：1 例：1008900 三、轴承内径表示法 代号：00 轴承标准内径：10 01 内径：12 02 内径：15 03 内径：17 代号04-99 代号数字*5=内径例：205：内径25，206，内径30

轴承代号的读法为： 前置代号：轴承游隙，轴承公差等级 代号数字右数： 7：宽度系列 6。5：轴承结构形式 四、类型 3：直径系列 2，1：轴承内径 例：3G3053220，即径向游隙按第三组，G级公差，公差等级按字母B，C，D，E，G表示，依次由高到低表示公差等级。G级在轴承代号中一般省略 另：楼上的说法大错特错，只有进口轴承前置代号表示品牌，6203，6表示推力角接触球轴承，2表示轻系列，03表示轴承内径，03的内径为17 6305，6表示推力角接触球轴承，3表示中系列，05表示内径，5乘以5，内径为25 Tag:轴承规格(94)轴承尺寸表示法 直径系列，代号（从右数第三位数字） 超特轻：7 例：1000700 超轻：8 9 例：7000800 7000900 特轻：1 7 例：7000100 7002700 轻：2 例：3056200 中：3 例：300 重：4 例：2086400 宽度系列，代号（右数第七位数字） 窄：7 例：7000800 正常：1 例：1000700 宽：2 例：2007900 特宽：3 例：3000700 4 例：4774900 高度系列，代号（右数第七位数字） 特低：7 例：7589900 低：9 例：9008900 正常：1 例：1008900 3，轴承内径表示法 代号：00 轴承标准内径：10

轴承寿命计算

轴承寿命计算 1、已知条件 根据“一、花键的强度校核”中花键简图和风扇机械参数知： 轴承内径d=50 转速n=2100 径向载荷F r=G风扇+ G轴套=50N 轴向载荷F a=352.6N 要求寿命L h=20000h 2、计算参考依据 《机械设计手册》单行本轴承成大先主编 ISBN 978- 7-122-07140-8 3、选轴承、计算 根据已知条件查《机械设计手册》p7-277 表7-2-66 选择6010轴承单列i=1 C r=22.0kN=22000N C or=16.2kN=16200 N Z=13 D w=9 极限转速=7000n/mim 查《机械设计手册》p7-274 表7-2-65 相对轴向载荷=F a/iZ D w2 即352.6/1×13×92=0.334 继续查表7-2-65 e=0.22 F a/F r=352.6/50≈7＞e 继续查表7-2-65 X=0.56 Y=1.99 根据p7-274 径向当量动载荷和静载荷P r=XF r＋Y F a P o r=0.6F r＋0.5F a 则：P r=0.56×50+1.90×352.6=698.0N P o r=0.6×50+0.5×352.6=206.3N 根据p7-232 公式（7-2-1）C=f h f m f d P/f n f T＜C r公式（7-2-6）C o=S o P o＜C or 查表7-2-23 f h=3.42 查p7-232 f m=1.5查表7-2-24 f n=0.251 查表7-2-25 f d=1.5 查表7-2-26 f T=1.0 P= P r P o= P o r查表7-2-31 S o=1 则：C=3.42×1.5×1.5×698.0/0.251×1=21399 N＜C r=22000N C o=1×206.3=206.3N＜C or=16200 N ∴选择6010轴承能满足寿命20000h的要求。 1

角接触球轴承的选用与寿命计算

龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/7916803928.html, 角接触球轴承的选用与寿命计算 作者：刘雪梅 来源：《学周刊·A》2014年第01期 摘要：本文通过对角接触球轴承的受力分析、应力分析，轴向载荷的计算，当量动载荷计算总结了角接触球轴承的选用与疲劳寿命计算方法。 关键词：角接触球轴承受力分析轴向载荷寿命 轴承是各类机器设备中的重要支承部件，它的主要功能是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。滚动轴承由于摩擦阻力较小，机械效率较高，润滑和维护方便，并且已经标准化，因而在机器设备的设计与维修中被广泛应用，其中角接触球轴承由于能够同时承受径向载荷和轴向载荷而经常被存在轴向推力负载的机器选用。 选择角接触球轴承，必须根据工作条件对所选型号轴承的寿命进行计算，即其使用寿命的检验，其关键在于轴承轴向载荷的计算。下面笔者就其受力分析，轴向载荷计算，寿命计算等相关问题进行讨论。 一、角接触球轴承的受力分析 由于结构原因，即接触角的存在，当角接触球轴承承受径向载荷Fr时，滚动体与轴承内圈或外圈的作用力方向不在径向平面内，将派生一个内部轴向力FS，如图1所示，内部轴向力的方向由轴承宽边指向窄边，大小由公式求出： 70000C型：α=15° FS=eFr 70000AC型：α=25° FS=0.68Fr 70000B型：α=40° FS=1.14Fr e—判断系数，由相关机械设计手册查得 ■ 图1 二、应力分析 角接触球轴承工作时随着轴承内圈相对于外圈的转动，滚动体也随着运动。于是内外圈与滚动体的接触点不断发生变化，各元件表面层接触应力也随着作周期性变化。另外，在径向载

轴承设计寿命计算公式(教学备用)

资料公式c 1 一、滚动轴承承载能力的一般说明 滚动轴承的承载能力与轴承类型和尺寸有关。相同外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的 1.5～3倍。向心类轴承主要用于承受径向载荷，推力类轴承主要用于承受轴向载荷。角接触轴承同时承受径向载荷和轴向载荷的联合作用，其轴向承载能力的大小随接触角α的增大而增大。 二、滚动轴承的寿命计算 轴承的寿命与载荷间的关系可表示为下列公式： 或 式中： ──基本额定寿命（106转）； ──基本额定寿命（小时h ）；C ──基本额定动载荷，由轴承类型、尺寸查表获得；P ─ ─当量动载荷（N ），根据所受径向力、轴向力合成计算； ──温度系数，由表1查得；n ──轴承工作转速（r/min ）； ──寿 命指数（球轴承 ，滚子轴承 ）。 三、温度系数f t 当滚动轴承工作温度高于120℃时，需引入温度系数（表1） 表1 温度系数 工作温度/℃ <120 125 150 175 200 225 250 300 f t 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.60

四、当量动载荷 当滚动轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，当量载荷的基本计算公式为 式中：P——当量动载荷，N；——径向载荷，N；——轴向载荷，N；X——径向动载荷系数；Y——轴向动载荷系数；——负荷系数 五、载荷系数f p 当轴承承受有冲击载荷时，当量动载荷计算时，引入载荷系数（表2） 表2 冲击载荷系数f p 载荷性质f p举例 无冲击或轻微冲击 1.0～1.2 电机、汽轮机、通风机、水泵等 中等冲击 1.2～1.8 车辆、机床、起重机、内燃机等 强大冲击 1.8～3.0 破碎机、轧钢机、振动筛等 六、动载荷系数X、Y 表3 深沟球轴承的系数X、Y 资料公式c 2

轴承寿命计算

滚动轴承寿命计算辅导 一、基本概念： ㈠、滚动轴承主要失效形式及设计准则： 1、疲劳点蚀失效：是指滚动轴承的滚动体或内外圈上出现的点蚀 斑点。 设计准则：防止产生疲劳点蚀失效需进行寿命计算。 L h≧〔L h〕 2、塑性变形失效：是指内外圈或滚动体产生过量的塑性变形。 设计准则：防止产生塑性变形失效需进行静负荷计算。 P O≦〔P O〕 3、磨损失效：是指内外圈或滚动体的过量磨损。 设计准则：防止产生磨损失效需限制转速。 nmax≦nlim ㈡、滚动轴承寿命计算中的基本概念： 1、滚动轴承寿命： 是指滚动轴承内外圈或滚动体在发生第一个疲劳点蚀前总转动次数或总工作时间。 注：滚动轴承寿命是相当离散的，即同一批生产出的同类滚动轴承，其寿命相差很大。 2、可靠度R： 由于滚动轴承寿命的离散性，需对生产的滚动轴承的进行抽样试验，以检验滚动轴承的合格率。

设抽样试验件数为N T，在特定的载荷下进行加载试验。经过一个特定的时间（转次L或时间L H）后，其中有Nf件发生点蚀。滚动轴承的可靠度R： R=× 注：滚动轴承的可靠度与试验中所加的载荷和试验时间有关。 国标规定： ①、滚动轴承试验载荷C： 对向心类和角接触类滚动轴承的试验载荷是纯径向载荷。 C=Cr(Fr) 对仅能承受轴向载荷的推力轴承的试验载荷是纯轴向载荷。 C=Ca(Fa) ②、试验时间：L=106转次。 ③、在试验载荷为C，试验时间为L=106转次时，滚动轴承的 可靠度R≧90%时，滚动轴承合格。 3、基本额定寿命L或Lh： 滚动轴承的额定寿命是指滚动轴承在可靠度R=90%，试验载荷为C时的寿命，即是试验时间106转次。L=106转次。 4、基本额定动载荷C： 滚动轴承的额定动负荷C是指在可靠度R=90%，试验时间为106转次时轴承所能承受的最大载荷，既是滚动轴承的试验载荷。 注：各类滚动轴承的额定动负荷C可查机械设计手册确定。

角接触球轴承的安装方法

角接触球轴承的安装比深沟球轴承复杂，多为成对安装，并需采用预加载荷。安装得好，可使主机的工作精度、轴承寿命大大提高；否则，不仅精度达不到要求，寿命也会受到影响。 安装形式 角接触球轴承的安装形式，有背对背、面对面和串联排列三种。背对背（两轴承的宽端面相对）安装时，轴承的接触角线沿回转轴线方向扩散，可增加其径向和轴向的支承角度刚性，抗变形能力最大；面对面（两轴承的窄端面相对）安装时，轴承的接触角线朝回转轴线方向收敛，其地承角度刚性较小。由于轴承的内圈伸出外圈，当两轴承的外圈压紧到一起时，外圈的原始间隙消除，可以增加轴承的预加载荷；串联排列（两轴承的宽端面在一个方向）安装时，轴承的接触角线同向且平行，可使两轴承分担同一方向的工作载荷。但使用这种安装形式时，为了保证安装的轴向稳定性，两对串联排列的轴承必须在轴的两端对置安装。 预加载荷的获得 预加载荷可通过修磨轴承中一个套圈的端面，或用两个不同厚度的隔圈放在一对轴承的内、外圈之间，把轴承夹紧在一起，使钢球与滚道紧密接触而得到。 预加载荷的大小对轴承使用寿命影响很大，据有关资料介绍，当轴承装配有0.012mm 过盈量时，使用寿命降低38%，有0.016mm过盈量时，使用寿命降低50%；当轴承装配有0.004mm间隙时，使用寿命显着下降，有0.008mm间隙时，使用寿命下降70%。因此，对预加载荷的大小进行合理选择，十分重要。一般高转速宜选用小的预加载荷，低转速宜选用大的预加载荷。同时，预加载荷应稍大于或等于轴向工作载荷。 预加载荷的计算 选择预加载荷时，最小预加载荷的计算公式如下： Aomin=1.58tgaR±0.5A（N） 作用于轴承上的径向载荷（N） 作用于轴承上的轴向载荷（N）

滚动轴承的寿命计算

滚动轴承的寿命计算 一、轴承寿命的基本概念 根据最新的滚动轴承疲劳寿命理论，一只设计优秀、材质卓越、制造精良而且安装正确的轴承，只要其承受的负荷足够轻松（不大于该轴承相应的某个持久性极限负荷值），则这个轴承的材料将永远不会产生疲劳损坏。因此，只要轴承的工作环境温度适宜而且变化幅度不大，绝对无固体尘埃、有害气体和水分侵入轴承，轴承的润滑充分而又恰到好处，润滑剂绝对纯正而无杂质，并且不会老化变质……，则这个轴承将会无限期地运转下去。 这个理论的重大意义不仅在于它提供了一个比ISO寿命方程更为可靠的预测现代轴承寿命的工具，而且在于它展示了所有滚动轴承的疲劳寿命都有着可观的开发潜力，并展示了开发这种潜力的途径，因而对轴承产品的开发、质量管理和应用技术有着深远的影响。 但是，轴承的无限只有在实验室的条件下才有可能“实现”，而这样的条件对于在一定工况下现场使用的轴承来说，既难办到也太昂贵。 现场使用轴承，其工作负荷往往大于其相应的疲劳持久性极限负荷，在工作到一定的期限后，或晚或早总会由于本身材料达致电疲劳极限，产生疲劳剥落而无法继续使用。即使某些轴承的工作负荷低于其相应的持久性极限负荷，也会由于难以根绝的轴承污染问题而发生

磨损失效。总之，现场使用中的轴承或多或少总不能充分具备上述实验室所具备的那些条件，而其中任一条件稍有不足，都会缩短轴承的可用期限，这就产生了轴承的寿命问题。 一般地说，滚动轴承的寿命是指滚动轴承在实际的服务条件下（包括工作条件、环境条件和维护和保养条件等），能持续保持满足主动要求的工作性能和工作精度的特长服务期限。 二、可计算的轴承寿命类别 滚动轴承的失效形式多种多样，但其中多数失效形式迄今尚无可用的寿命计算方法，只有疲劳寿命、磨损寿命、润滑寿命和微动寿命可以通过计算的方法定量地加以评估。 1、疲劳寿命在润滑充分而其他使用条件正常的情况下，滚动轴承常因疲劳剥落而失效，其期限疲劳寿命可以样本查得有关数据，按规定的公式和计算程序以一定的可靠性计算出来。 2、磨损寿命机床主轴承取大直径以保证其高刚度，所配轴承的尺寸相应也大，在其远末达到疲劳极限之前，常因磨损而丧失要精度以致无法继续使用，对这类轴承必须用磨损寿命来徇其可能性的服务