轴向力随动下角接触球轴承的温度分析
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角接触球轴承:(Angular Contact Ball Bearings)可同时承受径向负荷和轴向负荷。
能在较高的转速下工作。
接触角越大,轴向承载能力越高。
高精度和高速轴承通常取15 度接触角。
在轴向力作用下,接触角会增大。
单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向负荷,在承受径向负荷时,将引起附加轴向力。
并且只能限制轴或外壳在一个方向的轴向位移。
角接触球轴承的接触角为40度,因此可以承受很大的轴向负荷。
角接触球轴承是非分离型的设计,内外圈的两侧的肩部高低不一。
为了提高轴承的负载能力,会把其中一侧的肩部加工得较低,从而让轴承可装进更多的钢球。
成对双联球轴承若是成对双联安装,使一对轴承的外圈相对,即宽端面对宽端面,窄端面对窄端面。
这样即可避免引起附加轴向力,而且可在两个方向使轴或外壳限制在轴向游隙范围内。
角接触球轴承因其内外圈的滚道可在水平轴线上有相对位移,所以可以同时承受径向负荷和轴向负荷——联合负荷(单列角接触球轴承只能承受单方向轴向负荷,因此一般都常采用成对安装)。
保持架的材质有黄铜、合成树脂等,依轴承形式、使用条件而区分。
角接触球轴承较多是国外轴承生产厂家制造,国内较多的应用于进口设备例如角接触球轴承3204RS,等,特性通用配组的轴承通用配组轴承是经过特殊的加工,当轴承是彼此紧靠安装,任何组合方式都可以达到既定的内部游隙或预紧,以及平均的负荷分布,而无需使用垫片或类似装置。
配对轴承应用在:当单个轴承的负荷承载能力不足(使用窜联配置方式)或当要承受联合负荷或作用在两个方向上的轴向负荷(使用背对背或面对面配置方式)。
2、基本设计的轴承(不能用作通用配组),用于单个轴承的配置方式基本设计的单列角接触球轴承主要应用在每个位置上只有一个轴承的配置。
其宽度和突出量为普通级公差。
因此不适合将两个单列角接触球轴承紧靠安装。
类型角接触球轴承有:7000C型(∝=15°)、 7000AC型(∝=25°) 和7000B(∝=40°)几种类型。
滚动轴承一、选择题11-1.滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号组成,其中基本代号表示_______;A.轴承的类型、结构和尺寸 B. 轴承组件C.轴承内部结构变化和轴承公差等级 D. 轴承游隙和配置11-2.滚动轴承的类型代号由________表示;A.数字 B.数字或字母C. 字母D. 数字加字母11-3.________只能承受径向载荷;A.深沟球轴承 B. 调心球轴承C. 圆锥滚子轴承D. 圆柱滚子轴承11-4.________ 只能承受轴向载荷;A.圆锥滚子轴承 B. 推力球轴承C. 滚针轴承D. 调心滚子轴承11-5.________ 不能用来同时承受径向载荷和轴向载荷;A. 深沟球轴承B. 角接触球轴承C. 圆柱滚子轴承D. 调心球轴承11-6.角接触轴承承受轴向载荷的能力,随接触角α的增大而________;A.增大 B.减小C.不变 D.不定11-7.有a7230C和b7230AC两种滚动轴承,在相等的径向载荷作用下,它们的派生轴向力Sa和Sb相比较,应是________;A.Sa > Sb B.Sa = SbC.Sa < Sb D.大小不能确定11-8.若转轴在载荷作用下弯曲变形较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度,宜选用类型代号为________的轴承;A.1或2 B.3或7C.N或NU D.6或NA11-9.一根用来传递转矩的长轴,采用三个固定在水泥基础上支点支承,各支点应选用的轴承类型为________;A. 深沟球轴承B. 调心球轴承C. 圆柱滚子轴承D. 调心滚子轴承11-10.跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用________ ;A. 深沟球轴承B. 圆锥滚子轴承C. 调心滚子轴承D. 圆柱滚子轴承11-11.________ 轴承通常应成对使用;A.深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承C. 推力球轴承D. 圆柱滚子轴承11-12.在正常转动条件下工作,滚动轴承的主要失效形式为________;A.滚动体或滚道表面疲劳点蚀 B.滚动体破裂C.滚道磨损 D.滚动体与套圈间发生胶合11-13.进行滚动轴承寿命计算的目的是使滚动轴承不致于早期发生________;A.磨损 B.裂纹C.疲劳点蚀 D.塑性变形11-14. 滚动轴承在径向载荷作用下,内外圈工作表面上均产生周期变化的接触应力,从两者应力变化情况来分析比较________;A.转动套圈受力情况较有利 B.静止套圈受力情况较有利C.两者受力情况基本相同 D.不能确定那个套圈较有利11-15.在不变的径向力作用下,内圈固定、外圈旋转的滚动轴承,其外圈与滚动体的接触应力循环次数为No,内圈与滚动体的接触应力循环次数为Ni,Ni与No 比较,________;A.Ni > No B.Ni = NoC.Ni < No D.大小不能确定11-16.滚动轴承的基本额定寿命是指同一批轴承中________的轴承能达到的寿命;A.99% B.90%C.95% D.50%11-17.一批在同样载荷和相同工作条件下运转的型号相同的滚动轴承,________ ;A.它们的寿命应该相同 B.90%的轴承的寿命应该相同C.它们的最低寿命应该相同 D.它们的寿命不相同11-18.若在不重要场合,滚动轴承的可靠度可降低到80%,则它的额定寿命________;A.增长 B.缩短C.不变 D.不定11-19.基本额定动载荷和当量动载荷均相同的球轴承和滚子轴承的寿命________相同;A.一定 B.一定不C.不一定11-20.深沟球轴承的载荷增加一倍,其额定寿命将降低到原来的________倍;A. B.C. D.11-21.推力球轴承不适用于高转速的轴,是因为高速时________,从而使轴承寿命降低;A.冲击过大 B.滚动体离心力过大C.圆周速度过大 D.滚动阻力过大;11-22.一转轴用两个相同的滚动轴承支承,现欲将该轴的转速提高一倍,轴承________;A.不合用 B.合用C.不一定合用11-23.某滚动轴承的基本额定寿命是,在基本额定动载荷作用下运转了105转后,轴承________;A.一定失效了 B.不可能失效C.也可能失效11-24.对于温度较高或较长的轴,其轴系固定结构可采用________;A.两端固定安装的深沟球轴承 B.两端固定安装的角接触球轴承C.一端固定另一端游动的形式 D.两端游动安装的结构形式11-25.滚动轴承内圈与轴颈、外圈与座孔的配合________ ;A. 均为基轴制B. 前者基轴制,后者基孔制C. 均为基孔制D. 前者基孔制,后者基轴制11-26.轮系的中间齿轮惰轮通过一滚动轴承固定在不转的心轴上,轴承内、外圈的配合应满足________;A.内圈与心轴较紧、外圈与齿轮较松 B. 内圈与心轴较松、外圈与齿轮较紧C.内圈、外圈配合均较紧 D. 内圈、外圈配合均较松11-27.________ 不是滚动轴承预紧的目的;A. 增大支承刚度B. 提高旋转精度C. 减小振动噪声D. 降低摩擦阻力11-28. 对转速很高n>7000 r/min的滚动轴承宜采用________的润滑方式;A.滴油润滑 B.油浴润滑C.飞溅润滑 D.喷油或喷雾润滑11-29.手册中列有各类滚动轴承的极限转速,________;A.设计时不得超过B.载荷低于基本额定动载荷C时可以超过C.采取可靠的润滑冷却措施时可以在一定限度内超过D.滚动体分布圆较小时可以超过11-30.在下列密封形式中,________为接触式密封;A.迷宫式密封 B.甩油环密封C.油沟式密封 D.毛毡圈密封二、填空题11-31.滚动轴承的主要失效形式是___________和___________;对于不转、转速极低或摆动的轴承,常发生___________破坏,故轴承的尺寸应主要按____________计算确定;11-32.角接触轴承承受轴向载荷的能力取决于轴承的_____________;11-33.滚动轴承内、外圈轴线的夹角称为偏转角,各类轴承对允许的偏转角都有一定的限制,允许的偏转角越大,则轴承的_____________性能越好;11-34.4种轴承N307/P4、6207/P2、30207、51307中,______内径最大,______的公差等级最高,______的极限转速最高,______承受轴向力最大,______不能承受轴向力11-35.承受方向固定的径向载荷的滚动轴承,其滚动体上产生的接触应力是__________变应力;固定套圈上产生的接触应力是__________变应力;11-36.按基本额定动载荷设计计算的滚动轴承,在预定使用期限内,其失效概率最大为_________;11-37.转速和额定动载荷一定的球轴承,若当量动载荷增加一倍,其基本额定寿命变为原来的_________倍;11-38.滚动轴承支点轴向固定的结构型式有:_____________;___________ ;___________;11-39.滚动轴承支点轴向固定结构型式中,两支点单向固定结构主要用于温度________的_________轴;11-40.选用滚动轴承润滑油时,轴承的载荷越大,选用润滑油的粘度越___________;转速越高,选用粘度越___________;温升越高,选用粘度越___________;三、简答题11-51.在机械设备中为何广泛采用滚动轴承11-52.滚动轴承中保持架的作用是什么常用什么材料制造11-53.向心角接触轴承为什么要成对使用、反向安装11-54.为什么调心轴承要成对使用,并安装在两个支点上11-55.为什么推力球轴承不宜用于高速11-56.试说明轴承代号6210的主要含义;11-57.何谓滚动轴承的基本额定寿命何谓滚动轴承的基本额定动载荷11-58.以径向接触轴承为例,说明轴承内、外圈为什么采用松紧不同的配合;11-59.何为角接触轴承的“正装”和“反装”,这两种安装方式对轴系刚度有何影响11-60.滚动轴承的组合设计要考虑哪些问题四、分析计算题11-61.图示为二级圆柱齿轮减速器的低速轴,用一对型号为6308轴承支承,已知:齿轮分度圆直径d= 400 mm,齿轮上的圆周力Ft= 8000 N,径向力Fr= 3000 N,轴向力Fa = 2000 N,载荷平稳;试求:11、2两轴承的当量动载荷P1、P2;2两轴承的寿命之比L h1/L h2;题11-61图题11-62图11-62.某轴用一对30310轴承支承,轴承径向载荷R1 = 8000 N,R2 = 2000 N,轴上有轴向载荷F a1 = 2000 N,F a2 = 1000 N,工作转速n = 350 r/min,常温下工作,有中等冲击,试计算轴承的寿命;题11-63图11-63.图示为深沟球轴承的载荷P与寿命L的关系曲线,试求:1轴承的基本额定动载荷C2若:P = 0.1C,n = 1000 r/min,L10h =11-64.一齿轮减速器的中间轴由代号为6212的滚动轴承支承,已知其径向载荷R= 6000 N,轴的转速为n= 400 r/min,载荷平稳,常温下工作,已工作过5000 h,问:1该轴承还能继续使用多长时间2若从此后将载荷改为原载荷的50%,轴承还能继续使用多长时间五、结构分析题11-65.分析轴系结构的错误,简单说明错误原因,画出正确结构;题11-65图11-66.分析轴系结构的错误,简单说明错误原因,画出正确结构;题11-66图11-67.分析轴系结构的错误,简单说明错误原因,画出正确结构;题11-67图六、参考答案1.选择题11-1 A;11-2 B;11-3 D;11-4 B;11-5 C;11-6 A;11-7 C;11-8 A;11-9 B;11-10 C;11-11 B;11-12 A;11-13 C;11-14 A;11-15 A;11-16 B;11-17 D;11-18 A;11-19 B;11-20 C;11-21 B;11-22 C;11-23 C;11-24 C;11-25 D;11-26 B;11-27 D;11-28 D;11-29 C;11-30 D;2.填空题11-31疲劳点蚀塑性变形塑性变形静强度11-32接触角α11-33调心11-34 6207/P2 6207/P2 51307 N307/P411-35规律周期性非稳定脉动循环稳定的脉动循环11-36 10%11-37 1/811-38双支点单向固定全固式单支点双向固定固游式两端游动全游式11-39不高短轴11-40高低高3.简答题参考答案从略4.分析计算题11-61 解题要点:支反力:R1H = 250 N, R1V = 2000 N,R1 = 2016 NR2H = 3250 N,R2V = 6000 N,R2 = 6824 N轴承1:R 1 = 2016 N,A 1 = 0 N,P 1 = R 1 = 2016 N轴承2:R 2 = 6824 N,A 2 = Fa = 2000 N,P 2 = f d X 2 R 2+ Y 2 A 2=×6824 + ×2000= 6881 N载荷比:P 2/ P 1 = 6881/2016 =寿命比:L h1/L h2 = P 2/ P 1 3 =11-62 解题要点:查表得到30310轴承:C = 122 kN,Y = ,e = ,S = R /2Y ;S 1 = 8000/ = 2353 N,S 2 = 2000/ = 588 N,F A = Fa 1 -Fa 2 =1000 N 方向同Fa 1A 1 = S 1 = 2353 N,A 2 = S 1 + F A = 2353 + 1000 = 3353 N取:f d = A 1 / R 1<e ,P 1 = = 12000 N,A 2 / R 2<e ,P 2 = ×R 1 +×3353= 9750 NL 10h = 108403 h11-63 解题要点:因为轴承寿命L = 1106转时承受的载荷为基本额定动载荷C ,由图查得:C = 4500 N,∵ P = ,n =1000 r/min,∴ =⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=3661010100060106010εP C n L h 16667 h 11-64 解题要点:依题意:P = f d R = 6000 N 题11-62 解图查得:C = 36800 N,=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=3661060003680040060106010εP C n L h 9613 h 1可以继续工作时间:9613 - 5000 = 4613 h2改为半载可以继续工作时间:4613×23 = 36904 h5.结构分析题11-65 主要结构错误分析如下:1.轴左端的轮毂轴向定位不可靠,采用圆锥面轴向定位就不能再采用轴肩定位;2.左侧轴承端盖与轴之间没有间隙,严重磨损;3.左侧轴承端盖与轴之间应有密封措施;4.左侧轴承端盖处箱体没有凸台,加工面与非加工面没有分开;5.两个轴承反装不能将轴上的轴向力传到机座,且支承刚度低,应该为正装;6.左侧轴承装配路线过长,装配困难;7.左侧轴承处轴肩过高,拆卸困难;8.右侧轴承处套筒外径过大,轴承拆卸困难;9.右侧轴承端盖处也应加调整垫片,只一侧有调整垫片不能调整轴系的轴向位置;改正后的结构如图题11-65 图解所示;题11-65解图11-66 主要结构错误分析如下:1.两侧的轴承端盖处没有调整垫片,不能调整轴承游隙和轴系的轴向位置;2.轴的两端轴颈过长,与端盖接触严重磨损,浪费材料和加工时间、轴承装拆麻烦;3.齿轮没有轴向定位,未将齿轮上的轴向力传到机座,应将轴承改为正装;4.两轴承的内、外圈没有轴向固定,极易分离;5.两轴承的内圈高度低于套筒,轴承拆卸困难;6.两个齿轮不能共用一个键,而且键过长,三个套不能装配;7.两个齿轮间用套筒定位,不能固定齿轮与轴的相对位置,应改为轴环;8.两齿轮的轮毂长度与轴头箱等,也使齿轮轴向定位不可靠;改正后的结构如图题11-66 图解所示;题11-66 解图11-67 改正后的轴系结构见题11-67图解,具体错误请读者自己进行对比分析;题11-67 解图。
轴承预紧力对轴承性能及寿命的影响分析作者:马更生丁开瑞张旭平来源:《山东工业技术》2016年第14期摘要:本文就转动机械中最常见的角接触轴承安装预紧力的作用、估算方法及对轴承性能的影响进行了深入阐述及探讨,对角接触轴承的安装起到了指导作用。
关键词:轴承;预紧力;估算;调整;性能;寿命DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.1820 引言转动机械在现代工业中的应用非常广泛,作为转动机械的核心部件轴承的安装工艺直接关系到转动机械的安全运行。
本文就转动机械中最常见的角接触轴承安装预紧力的作用、估算方法及对轴承性能的影响进行了深入阐述及探讨,对角接触轴承的安装起到了指导作用。
1 概述滚动轴承根据不同的应用场合,装配时需要预留合适的工作游隙。
在大部分的情况下,工作游隙应为正值,但是如果需要提高轴系的旋转精度或刚性时,则经常采用负的工作游隙。
预紧就是在轴承装配时通过外部给予一定的预加负荷,消除轴承滚动体与内外环的间隙,使轴承出现弹性变形产生负的工作游隙。
预紧是减少轴因受力产生挠曲,促使轴承中的负荷分布更均匀,改善工作状态下受力状况的一种措施。
通过预紧还可对滚动体与内外环的磨损给予一定的补偿,降低设备在运行中产生的噪声,延长轴承的使用寿命。
2 需要进行预紧的场合一般来说,对于轴承定位精度要求高、旋转精度要求高、需要提高轴系刚性的高速精密运转的场合,以及高速轻载、温度变化较大、做往复运动的轴承配置或需要降噪减振的场合,均需要进行预紧,以便为轴承提供最小负荷。
例如精密机床的主轴轴承、减速机的轴承、汽车传动轴的小齿轮轴承、小型电机、低温设备、风机的轴承等,通常均需要在装配时进行预紧。
3 最小负荷的确定最小负荷的大小受到轴承的基本额定静负荷、最小轴向负荷系数Ka、转速n、轴承平均直径等的影响。
我们可以根据轴承手册提供的经验公式进行计算,例如单列角接触轴承的最小轴向负荷可通过公式进行计算。
如果轴承支撑的重量加外力达不到最小负荷,则必须通过调整轴承的预紧力施加额外的负荷。
ISSN1Q Q Q-3762 轴承 2018 年5 期CN41 -1148/TH Bearing2018, No.543-46DOI : 10.19533/j. issnlOOQ - 3762.2018. 05. 010温度对空间精密轴承预紧力的影响周刚12,李春伟12,卿涛12,周宁宁12(1.北京控制工程研究所空间轴承应用实验室,北京100094;.精密转动和传动机构长寿命技术北京市重点实验室,北京 100094)摘要:从空间精密轴系用轴承的轴向游隙和刚度角度,分别分析了工作温度及其梯度对全钢轴承和陶瓷球混合轴承预紧力的影响,以及背靠背和面对面2种安装方式的影响差异,明确了量化估算方法。
根据隔圈受力变化与预紧力的关系,采用基于应变的预紧力在线测试方法,分别实测了不同温度下全钢轴承轴系和混合轴承的预紧力,结果表明实测结果与分析结果基本一致。
关键词:角接触球轴承;预紧力;温度;混合轴承;全钢轴承中图分类号:TH133.33 + 1 文献标志码:B 文章编号:1000 -3762(2018)05 -0043 -04Influence of Temperature on Preload of Spatial Precision BearingZHOU Gang12,L I Chunwei1,,QING Tao12,ZHOU Ningning12(1. Space Bearing Application Laboratory,Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100094,China;. BeijingKey Laboratory of Long - Life Technology of Precise Rotation and Transmission Mechanisms, Beijing 100094, China)Abstract :The influence of operating temperature and its gradient on preload of all - steel bearings and hybrid ceramicball bearings and the influence difference bet^veen two installation types of back - to - back and face - to - face are analyzed respectively from the p oint of aia l clearance and stiffness of bearings for spatial precision shafting. The quantitative estimation method is identified. According to relationship between stress of spacer ring and pr shating for all - steel b earings and hybrid bearings under different temperatures is measured respectively by using online test method for preload based on strain. The results show that the measured result is consistent Key words :angular contact ball bearing ; preload ; temperature ; hybrid bearing ; all - steel bearing角接触球轴承是空间精密轴系中常用的核心 机械部件之一,轴承的轴向预紧是一项非常关键 的技术[1-3]。
电机轴承温度标准电机轴承温度是电机正常运行的重要指标之一,合理的轴承温度标准对于电机的运行稳定性和寿命有着重要的影响。
本文将对电机轴承温度标准进行详细的介绍,希望能对相关工程技术人员有所帮助。
首先,我们需要了解电机轴承温度的测量方法。
通常情况下,电机轴承温度是通过测量轴承外环的温度来进行监测的。
在测量时,需要使用专门的温度计来进行准确的测量,确保测量结果的准确性。
其次,我们需要了解电机轴承温度的标准数值范围。
一般来说,电机轴承温度的标准范围是在40℃~80℃之间。
在这个范围内,电机轴承的温度是处于正常运行状态的,不会对电机的正常运行产生影响。
而一旦超出这个范围,就需要引起重视,可能会对电机的正常运行产生影响,甚至损坏电机。
接下来,我们需要了解影响电机轴承温度的因素。
电机轴承温度受到多种因素的影响,比如电机的负载大小、工作环境的温度、电机的转速等。
在实际应用中,需要综合考虑这些因素,合理调整电机的运行状态,以保持轴承温度在正常范围内。
另外,我们还需要了解电机轴承温度异常时的处理方法。
一旦发现电机轴承温度异常,需要及时停机检查,找出引起异常的原因,并进行相应的处理。
可能需要清洗轴承、更换润滑脂、调整负载大小等方式来解决问题,确保电机能够恢复正常运行状态。
最后,我们需要强调定期对电机轴承温度进行监测和维护的重要性。
定期的监测能够及时发现问题,及时进行处理,避免因为轴承温度异常而导致的电机损坏。
同时,定期的维护保养工作也能够有效地延长电机的使用寿命,提高电机的运行效率。
总的来说,电机轴承温度标准是保证电机正常运行的重要指标之一,合理的轴承温度标准能够有效地保护电机,延长电机的使用寿命。
因此,工程技术人员需要对电机轴承温度标准有清晰的认识,并严格按照标准要求进行操作和维护,以确保电机的正常运行和安全使用。
角接触球轴承工作原理
角接触球轴承是一种常用的旋转轴承,其工作原理如下:
1. 结构:角接触球轴承由内、外圈和球组成。
内、外圈的轴线相交于一个共同点,称为接触点,球则围绕接触点进行滚动。
2. 接触角:角接触球轴承的球与内、外圈的接触线形成一个特定的接触角度。
这个接触角度使得轴承能够承受径向力、轴向力和力矩。
3. 承受力:当外力作用在角接触球轴承上时,轴承内的球会在内、外圈之间滚动,从而承受力的传递。
接触角的存在使得轴承在不同方向上都能承受较大的力。
4. 润滑:为了减少摩擦和磨损,角接触球轴承通常需要添加润滑油或润滑脂。
这样可以减少接触点处的摩擦力,提高轴承的工作效率和寿命。
5. 应用:角接触球轴承适用于高速旋转和大载荷的场景,如机床主轴、汽车传动系统和风力发电设备等。
其结构紧凑、承受能力强,广泛应用于工业领域中。
总结起来,角接触球轴承通过球在内、外圈之间滚动来承受力,并通过特定的接触角度使得轴承能够承受多个方向的力。
通过添加润滑油或脂,角接触球轴承可以减少摩擦和磨损,延长使用寿命。
角接触球轴承的轴向载荷和径向载荷之间的关系角接触球轴承啊,这名字一听就让人觉得挺高大上的。
它的工作原理就像是两个朋友在推拉着彼此,既得相互支持,又得各自承担责任。
想象一下,如果你手里有个轴承,它的工作就是在旋转的时候,同时承受来自轴向(也就是沿着轴线方向)和径向(就像是离轴心的方向)两种力量。
就好比你搬一块大石头,它既要往前推,又得侧面用力不让它倾斜,难度可想而知。
更有意思的是,这两种力可不是“单打独斗”的,而是相互影响,互有牵制。
你看,角接触球轴承的“角”字就告诉我们,它的设计不是简单的上下左右那么单调。
它会在接触点和轴承座之间形成一个角度,这个角度让轴承能够在同时承受两种力的情况下保持稳定。
就好比两个人拉着一根绳子,虽然力量来自不同的方向,但因为配合得当,所以能保持平衡。
不信你可以试试,自己站在滑板上,稍微一偏,你就知道什么叫“不平衡”的滋味了。
回到正题,轴向载荷和径向载荷这俩看似无关的家伙,关系可复杂了。
你得知道,轴向载荷其实就是沿着轴线的力量,它类似于你站在门口推动那扇门一样,力量是平行的,朝着门的方向施加。
而径向载荷呢,它就像是你手拿一个购物袋,从左右两边施加的力,方向是垂直的。
如果你问我这两者有什么关系?那可真不是一句话就能说清楚的。
它们的关系就像是情侣之间的微妙配合,谁也离不开谁,但有时又得互相适应。
说白了,角接触球轴承之所以能做到两者并行工作,正是因为它的设计巧妙。
要知道,它那特殊的接触角度决定了在不同载荷作用下,它能分担不同的力量。
如果是纯轴向载荷,轴承承受的压力会很大,角度就得调整得更合适,才能让轴承保持在稳定状态。
如果你是径向载荷,轴承承受的侧向压力则会增大,角度也得有所改变。
真的是“心有灵犀一点通”,每一个细微的角度变化都可能影响轴承的性能。
你可不能忽视这一点,稍微有点儿偏差,可能就会让你的设备产生噪音、振动甚至直接损坏。
可能你会想,既然这俩载荷关系这么复杂,能不能减少一点负担呢?嘿,其实可以!你可以通过改变角度、调整装配的方式,或者采用不同材质的球体,来让轴承承受的载荷更加平衡。
圆锥滚子轴承理想工作温度
圆锥滚子轴承的理想工作温度是一个复杂的问题,因为它受到
多种因素的影响。
首先,要考虑到轴承材料的热稳定性和热膨胀系数。
一般来说,轴承的材料应该能够在高温下保持其强度和硬度,
以及具有合适的热膨胀系数,以避免在温度变化时产生过大的内部
应力。
此外,润滑油的选择也对轴承的工作温度有重要影响,因为
润滑油在高温下可能会失去润滑性能,导致轴承过热。
另外,轴承的设计和使用条件也会对其理想工作温度产生影响。
例如,高速旋转的轴承会因摩擦而产生热量,因此其理想工作温度
可能会比静态轴承更高。
此外,轴承在不同的工作条件下可能会承
受不同的负荷和振动,这也会对其理想工作温度提出要求。
总的来说,圆锥滚子轴承的理想工作温度应该是在轴承材料和
润滑油的允许范围内,并且能够适应实际工作条件下的温度变化。
因此,在实际应用中,需要根据轴承的具体材料、润滑方式、设计
和工作条件等因素综合考虑,才能确定其理想的工作温度范围。
第5期2019年5月组合机床与自动化加工技术ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueNo.5May2019文章编号:1001-2265(2019)05-0039-04㊀㊀㊀㊀DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2019.05.010收稿日期:2018-09-03ꎻ修回日期:2018-09-25㊀∗基金项目:河南省自然科学基金项目(162300410064)ꎻ国家863计划课题(2015AA043004)ꎻ河南省高校科技创新团队支持计划(15IRTSTHN008)作者简介:李小萍(1992 )ꎬ女ꎬ河南偃师人ꎬ河南科技大学硕士研究生ꎬ研究方向为轴承性能分析ꎬ(E-mail)1101229607@qq.comꎻ通讯作者:薛玉君(1971 )ꎬ男ꎬ河南焦作人ꎬ河南科技大学教授ꎬ博士生导师ꎬ研究方向为机械产品数字化设计与性能分析㊁高性能零件表面特种加工技术㊁表面涂层设计与制造ꎬ(E-mail)xue_yuejun@163.comꎮ轴向力随动下角接触球轴承的温度分析∗李小萍1ꎬ薛玉君1ꎬ2ꎬ司东宏2ꎬ姜韶峰3ꎬ马喜强2(1.河南科技大学机电工程学院ꎬ河南洛阳㊀471003ꎻ2.河南省机械设计及传动系统重点实验室ꎬ河南洛阳㊀471003ꎻ3.洛阳轴承研究所有限公司ꎬ河南洛阳㊀471039)摘要:针对角接触球轴承的温度监控及测温滞后问题ꎬ首先ꎬ通过轴承的受载试验ꎬ测试了不同工况下角接触球轴承的内外圈温度ꎬ并用数值仿真验证试验测得数据的可靠性ꎻ其次ꎬ基于BP神经网络建立了轴向力随动下角接触球轴承的温度预测模型ꎬ并证明了该温度预测模型具有较强的泛化能力ꎻ温度预测结果表明预测值与试验所测值的绝对误差小ꎮ最后ꎬ研究分析了转速㊁润滑油的温度等因素对轴向力随动下角接触球轴承的温升影响ꎮ为掌握轴承运行状态ꎬ优化轴承结构ꎬ提高轴承的性能提供参考ꎮ关键词:角接触球轴承ꎻ温度预测ꎻ神经网络ꎻ温升中图分类号:TH133.33ꎻTG506㊀㊀㊀文献标识码:AAnalysisofTemperatureforAngularContactBallBearingunderAxialForceFollowerLIXiao ̄ping1ꎬXUEYu ̄jun1ꎬ2ꎬSIDong ̄hong2ꎬJIANGShao ̄feng3ꎬMAXi ̄qiang2(1.SchoolofMechanicalandElectricalEngineeringꎬHenanUniversityofScienceandTechnologyꎬLuoyangHenan471003ꎬChinaꎻ2.HenanKeyLaboratoryforMachineryDesignandTransmissionSystemꎬLuoyangHenan471003ꎬChina)Abstract:Aimedatthekeyissueoftemperaturemonitoringanddelayofmeasurementtemperaturefortheangularcontactballbearingsꎬfirstofallꎬthroughthebearingtestꎬtheinnerandouterringtemperatureoftheangularcontactballbearingunderdifferentworkingconditionswastestedꎬandthereliabilityofthemeasureddatawasverifiedbynumericalsimulation.FurthermoreꎬbasedontheBPneuralnetworkꎬthetemperaturepredictionmodelofcontactballbearingwasestablishedꎬandtheresultswereprovedthatthetemperaturepredictionmodelhasstronggeneralizationability.Thetemperaturepredictionresultsshowthattheabsoluteerrorofthepredictedvalueandthemeasuredvalueissmall.Lastbutnottheleastꎬtheinflu ̄enceofrotationalspeedandlubricatingoiltemperatureonthetemperatureriseoftheangularcontactballbearingswasstudiedandanalyzed.Itprovidesreferenceformasteringbearingrunningstateꎬoptimizingbearingstructureandimprovingbearingperformance.Keywords:angularcontactballbearingꎻtemperaturepredictionꎻneuralnetworkꎻtemperaturerise0㊀引言随着机械工业的飞速进步对角接触球轴承的工作性能要求越来越高ꎬ轴承载荷㊁转速的增加ꎬ会引起轴承温度的升高ꎬ轴承温度升高就会导致轴承灼烧㊁磨损加重ꎬ进而轴承失效ꎮ目前主要依靠人工的经验或简单的数据处理来判断实际的工作温度ꎬ温度测量的精度不高ꎬ不能够及时反应工作环境的实际温度[1]ꎮ莫丽等[2]分析了旋转控制头轴承温度的影响因素ꎬ提出了一种基于遗传算法优化的神经网络旋转控制头轴承的温度预测方法ꎮ王国荣等[3]基于对深沟球轴承的工作性能的研究分析ꎬ提出了一种灰色神经网络模型预测温度的方法ꎬ结果表明此方法预测稳定性好㊁精度高ꎮ孙利辉等[4]针对推力轴承油膜温度监控的问题ꎬ提出了一种非平稳时间序列ARIMA模型预测油膜瞬态温度变化的方法ꎮ王新新等[5 ̄6]基于BP神经网络建立了温度预测模型ꎬ预测结果表明温度的预测值与实验值绝对误差小ꎬ精度高ꎮ梁群和俞锋等[7 ̄8]分析了转速等条件对轴承生热的影响ꎮ结果显示ꎬ轴承生热绝大部分来自于滚动体与套圈之间的自旋和差动滑动生热ꎮ刘晓卫等[9]综合分析了各种工况下转速㊁载荷对轴承温升的影响ꎮ结果表明随着转速㊁轴向载荷的升高ꎬ轴承发热量增大ꎮWANG等[10]研究了转速㊁轴向力㊁径向力对轴承温度分布的影响ꎮYE和BIAN等[11 ̄12]分析了热机械耦合对角接触球轴承受载区温度㊁轴承疲劳寿命的影响ꎮ本文在对试验数据分析整理的基础上ꎬ基于MAT ̄LAB的神经网络工具箱ꎬ提出了一种轴承的温度预测方法ꎬ此外还对轴承的温升特性进行了分析ꎮ本文中的随动是指轴向力随轴承转速的变化而变化ꎬ研究对象是角接触球轴承ꎬ为了保证轴承的刚度和稳定性等工作性能需求ꎬ随着轴承转速的增加ꎬ所施加的轴向力会相应的加大ꎮ1㊀角接触球轴承温度测量试验1.1㊀温度测量试验利用本单位研制的环下润滑双转子轴承试验机进行角接触球轴承的温度测量试验ꎮ试验机包括机械系统㊁电液比例加载系统㊁测控系统㊁电气系统㊁润滑系统和辅助设备组成ꎮ如图1为试验模型的示意简图ꎬ轴系有驱动内圈和驱动外圈两个轴系构成ꎬ图1中的内轴和外轴可实现试验轴承的内外圈同时转动ꎮ图1㊀试验模型由于试验轴承内外圈均能实现转动ꎬ因此采用德国红外测温技术分别对试验轴承的外圈和内圈温度进行非接触测量ꎮ红外温度传感器使用德国米依(mi ̄cro ̄epsilon)ꎬ型号为:thermoMETERCTꎬ测温范围为-50ħ~180ħꎬ所处的工作环境温度最高可达180ħꎮ轴承采用环下润滑方式ꎬ为了模拟本试验角接触球轴承的正常工作条件ꎬ在开始试验之前先将润滑油加热到95ħꎬ用时6min左右ꎮ然后启动试验机ꎬ在试验过程中升㊁降速每10000r/min的响应时间不超过5sꎮ试验轴承的基本参数见表1ꎮ表1㊀角接触球轴承的基本参数参数名称符号值轴承外径D200mm轴承内径d130mm轴承宽度B33mm钢球直径DW165mm钢球个数Z19接触角α32.5ʎ试验中每2s采集一次温度数据ꎬ每分钟可采集30次温度数据ꎮ以一种工况为例ꎬ如图2为轴承内圈转速8240r/minꎬ外圈转速3000r/minꎬ轴向载荷14700N时的试验温度数据曲线ꎬ每条曲线上共1099个点ꎮ由于每种工况的温度数据有很多组ꎬ因此ꎬ将轴承达到稳态之后的多组温度数据求一个平均值作为轴承温度预测模型的训练数据ꎮ图2㊀试验测得的轴承温度曲线1.2㊀轴承传热及散热本文采用局部法单独计算轴承各接触点之间的局部热源生热ꎮ由于目前球轴承在设计中就尽量避免了钢球在滚道中的陀螺转动ꎬ所以忽略钢球的陀螺转动生热计算是可行的[13]ꎮ主要计算钢球㊁内外圈㊁润滑油和保持架相互之间的摩擦生热ꎮ(1)球与滚道之间的差动滑动生热[8]H1=ʏτ0υ0dA(1)式中ꎬτ0滑动摩擦应力或剪切应力ꎻυ0滑动速度ꎻdA应力的作用微元ꎮ(2)球的自旋滑动生热[8]H2=Msωb(2)式中ꎬMs自旋摩擦力矩ꎻωb自旋角速度ꎮ(3)钢球拖动润滑油生热[8]H3=12DWFoωb-ωc0.81(3)式中ꎬFo润滑油拖动力ꎻωc保持架转速ꎮ(4)保持架与内圈引导面之间的摩擦生热[8]H4=12DCLFCLce(ωc-ωi)[](4)式中ꎬDCL保持架引导面直径ꎻFCL保持架与引导套圈作用力ꎻce滑动系数ꎻωi内圈转速ꎮ(5)钢球与保持架摩擦生热[13]Qc=KcZc㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ZcɤCp)KcCp+Kn(Zc-Cp)(Zc>Cp){(5)式中ꎬQc钢球与保持架接触载荷ꎻZc兜孔中心位移ꎻCp保持架兜孔间隙ꎮ当兜孔中心位移小于等于保持架兜孔间隙时ꎬ钢球与保持架接触负荷的计算采用式(5)中的上式ꎻ当兜孔中心位移大于保持架兜孔间隙时ꎬ钢球与保持架接触负荷的计算采用式(5)中的下式ꎮ生热:H5=DW2μcQcωb(6)式中ꎬKc线形逼近常量ꎻZc兜孔中心位移ꎻCp保持架兜孔间隙ꎻKn钢球和保持架兜孔接触处负荷变形常量ꎻμc摩擦系数ꎻQc球与保持架接触载荷ꎮ球轴承的总生热:Ht=ðzj=1H1+H2+H3+H5()+H4(7)1.3㊀轴承温度仿真为了证明试验操作的正确性与试验获得数据的可04 组合机床与自动化加工技术㊀第5期靠性ꎬ基于对轴承生热的计算ꎬ运用ANSYSWorkbench对角接触球轴承的温度进行数值仿真ꎮ在对轴承进行热分析时ꎬ将轴承的温度场分析与结构分析进行耦合ꎮ通过在UG三维建模软件中建立轴承模型导入Work ̄benchꎬ并对模型的完整性进行检查ꎮ对模型进行网格划分时ꎬ网格划分过细对计算机配置有更高的要求并且计算量会大增ꎬ若划分网格太粗会导致计算结果不准确ꎬ基于此原则ꎬ对轴承进行网格划分ꎬ节点数为59224ꎬ单元数为17707ꎮ对轴承在内圈转速8240r/minꎬ外圈转速3000r/minꎬ轴向载荷14700N的工况下进行热分析ꎮ在热稳态分析模块设置数值模拟环境温度为22ħꎮ图3为此工况下的轴承温度分布云图ꎬ从图中可以看出ꎬ内圈温度最高为113.75ħꎬ外圈温度最低为109.44ħꎮ而此工况下试验测得的轴承内圈温度为114.9342ħꎬ外圈温度为108.5687ħꎮ试验所测温度值与数值仿真温度值吻合的较好ꎬ因此ꎬ试验操作获得的数据是可靠的ꎬ可以作为轴承温度预测的训练数据ꎮ图3㊀角接触球轴承的温度分布云图2㊀角接触球轴承温度预测模型2.1㊀BP神经网络模型的建立轴承内部元件间的传热是复杂的过程ꎬBP神经网络对信息的存储与处理具有很强的容错性ꎬ它具有非线性映射的功能ꎬ适合于求解机制内部的复杂问题ꎬ可用来预测轴承的温度ꎮ根据实际情况确定轴承的转速㊁轴向载荷两个变量作为输入层单元ꎬ输出层有两个参数ꎬ分别是轴承内圈温度和外圈温度ꎮ基于试验所测的多组温度数据ꎬ构建网络ꎬ并测试网络的泛化能力ꎮ用MATLAB的函数newff()构建一个前馈BP神经网络ꎬ设定训练目标为10e-4ꎬ训练次数为2000ꎮ一般在设计网络时ꎬ应首先考虑只选一个隐层ꎻ如果一个隐层在增加节点数后还不能满足ꎬ再考虑两个隐层ꎬ本文使用一个隐层ꎮ如图4为神经网络的结构图ꎬ输入与输出均有两个神经元ꎬ隐层的传递函数为f1( )ꎬ输出层的传递函数为f2( )ꎮ神经网络隐节点数的确定是网络成功的关键ꎬ若节点数太少ꎬ网络获得的信息太少ꎬ若节点数过多ꎬ将增加训练时间ꎬ过多的隐层神经元甚至记住了没有意义的信息ꎬ节点数的选择一般按式(8)[14]确定ꎮ神经网络的训练具有随机性ꎬ即每次训练的结果不相同ꎬ使用函数train()对试验温度数据进行多次反复训练ꎬ直至找到比较理想的结果后ꎬ训练结束ꎬ用 savenetꎻ 命令来保存网络ꎬ以便下次调用ꎮr=m+n(8)式中ꎬr为节点数ꎻm为输入节点数ꎻn为输出节点数ꎻa为1~10之间的常数ꎮ图4㊀神经网络的结构图2.2㊀BP轴承温度预测由上文构建的轴承温度预测模型ꎬ输入角接触球轴承的转速㊁轴向载荷ꎬ预测轴承的内㊁外圈温度ꎬ并与试验所测试的温度值进行对比ꎬ如图5所示ꎮ图5㊀角接触球轴承的温度对比图由图5可以看出温度的测量值与预测值非常地接近ꎬ可知每组的预测值与试验值拟合度较高ꎬ因此ꎬ本文所建立的轴承温度预测模型可以用来预测一定转速与载荷下的角接触球轴承温度ꎮ3㊀角接触球轴承温升分析表3为不同转速与轴向载荷下试验所测角接触球轴承的内外圈温度值ꎮ从表3中可以看出ꎬ随着转速的增加ꎬ轴承的温度升高ꎻ同一工况下ꎬ轴承的内圈温度高于轴承的外圈温度ꎻ由表3中的工况4㊁5的试验温度值可知ꎬ当转速为10560r/minꎬ轴向力29400N比轴向力为24500N时的温度低ꎬ说明当转速为10560N时ꎬ轴向力施加24500N比29400N更合适ꎬ为轴承的进一步研究提供依据ꎮ表3㊀轴承的试验温度工况转速轴向力内圈温度外圈温度14980490099.681786.08222824014700114.9342108.568731020024500122.9745111.689841056024500123.5532113.715351056029400112.7025106.375014 2019年5月㊀㊀李小萍ꎬ等:轴向力随动下角接触球轴承的温度分析4㊀结论本文通过对角接触球轴承的温度预测研究与轴承温升的分析ꎬ得出结论如下:(1)通过进行不同工况下角接触球轴承的温度测量试验ꎬ得到神经网络训练所需的多组数据ꎬ并与预测结果进行对比分析ꎬ证明了本文建立的神经网络温度预测模型的有效性ꎮ(2)本文提出的基于BP神经网络的轴承温度预测方法ꎬ可用来预测不同工况下角接触球轴承的温度ꎻ在轴承工作过程中ꎬ可通过轴承的预测温度与检测温度对比来知晓轴承是否出现故障ꎮ同时应及时查看轴承的监测温度ꎬ以保证其正常工作ꎮ[参考文献][1]李会兵.基于BP神经网络的温度预测方法[J].电子测试ꎬ2013(19):62-64.[2]莫丽ꎬ王军ꎬ王俊ꎬ等.基于GA 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