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和，则轴向平衡条件为受力分析：如果恰好，则轴向力，。

这种情况很少出现，一般情况下，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，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轴承2所受的实际轴向力为2）如果，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轴承1所受的实际轴向力为结论：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。

二、正装（面对面安装）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和，则轴向平衡条件为受力分析：1）如果，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给轴承1，以保持轴向力平衡因此轴承1所受的轴向力为轴承2所受的轴向力为2）如果，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给轴承2，以保持轴向力平衡因此轴承2所受的轴向力为轴承1所受的轴向力为总结：角接触球轴承或圆锥滚子轴承寿命计算的一般方法：1）计算两个轴承的径向力和；2）计算两个轴承的派生轴向力和；3）判断轴承的“压紧”和“放松”情况；4）计算轴向力和：“放松”轴承的轴向力等于自身的派生轴向力；“压紧”轴承的轴向力等于除自身的派生轴向力外的其余轴向力矢量和；5）计算两个轴承的当量动载荷；6）计算两个轴承的寿命(h)。

角接触球轴承承载能力
角接触球轴承是一种常用于高速应用的轴承，其承载能力是其关键性能之一。

角接触球轴承的承载能力取决于多个因素，包括材料、几何形状、装配方式和润滑方式等。

在材料方面，轴承球和轴承环的材料需要具有足够的硬度和强度以承受高速和高载荷。

同时，这些材料还需要具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，以保证轴承的长寿命。

在几何形状方面，轴承球和轴承环的设计需要充分考虑承载能力。

角接触球轴承一般采用的是斜接触设计，可以在承受径向负荷的同时承受一定的轴向负荷。

轴承的接触角度也会影响其承载能力，一般来说，接触角度越小，承载能力越大。

在装配方式方面，轴承的装配要求十分严格，必须保证轴承在安装过程中不受损伤。

同时，正确的装配方式可以提高轴承的承载能力，避免因严重装配不当而导致的损坏。

在润滑方式方面，轴承的润滑状态直接影响其承载能力。

良好的润滑状态可以减小轴承的摩擦系数，降低摩擦损失，提高轴承的承载能力和稳定性。

综上所述，角接触球轴承的承载能力与材料、几何形状、装配方式和润滑方式等多个因素密切相关。

在实际应用中，需要根据具体情况综合考虑这些因素，选择合适的角接触球轴承，以满足高速应用的要求。

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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。

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。

滚动体套圈接触处的法线与轴承径向平面（垂直于轴承轴心线的平面）之间的夹角称为公称接触角。

公称接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力也越大。

滚动轴承按其承受载荷的方向或公称接触角的不同，可分为：（1） 径向轴承，主要用于承受径向载荷，其公称接触角从0 到45 ；（2） 推力轴承，主要用于承受轴向载荷，其公称接触角从大于45 到90（表18-2）。

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1150100300700150360100470300rA vNFF R⨯+⨯=⨯+⨯== 21700470230vrvN R FR=-=-=2111189094522HH rN R R F ===⨯=1R =2R =110.4S R = 220.4S R =1S、2S 方向如图示12400360782A N SS F +=+=>所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。

1211422,782A N N SS 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11250078122 1.6N YRS ===⨯ 225000156322 1.6N Y R S ===⨯211278124004002781a a N S S F F+-=+-=>所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。

112111781,2781a a N N SS A A F F ===+-=117810.312500e AR==< 2227810.565000e A R==< 所以11111()2500PN f PX R Y A =+=22222()6450PN f PX R Y A =+=因为1P < 2P 所以轴承2寿命短些3．某齿轮轴由一对30212/P6X 轴承支承，其径向载荷分别为1r F =5200N,2r F =3800N ，方向如图所示。

角接触球轴承内外圈的应力分析与优化角接触球轴承作为一种常见的轴承类型，广泛应用于各种机械设备中。

在使用过程中，轴承内外圈之间的应力分布情况对其性能和寿命有着重要影响。

因此，在设计和优化角接触球轴承时，对其内外圈的应力分析与优化至关重要。

一、角接触球轴承的工作原理和结构角接触球轴承是一种能够承受轴向和径向负荷的轴承，它通过球与内外圈的接触来传递负荷。

其结构主要包括内圈、外圈、保持架和钢球。

内圈和外圈之间夹着一定数量的钢球，保持架用于固定钢球的位置。

当轴受到力的作用时，力通过钢球传递到内外圈，由此带来应力分布，下面将对其应力分析进行探讨。

二、角接触球轴承内外圈的应力分析1.径向力的作用下的应力分析当角接触球轴承承受径向负荷时，力将通过钢球传递到内外圈，从而产生应力分布。

由于内外圈的形状和尺寸不同，因此其应力分布也存在差异。

通常情况下，内圈的应力分布相对均匀，而外圈则在接触点处应力最大，逐渐向外递减。

这是由于在球与内外圈的接触面上，由于尺寸差异而产生相应的接触应力，因此接触点的应力最大。

这一点需要在设计和制造过程中加以考虑，以确保外圈能够承受足够大的应力，从而保证轴承的寿命和性能。

2.轴向力的作用下的应力分析当轴承承受轴向负荷时，力将主要通过保持架和钢球传递到内外圈。

在这种情况下，内外圈的应力分布与径向力下的应力分布有所不同。

在轴向负荷的作用下，内外圈的应力分布呈现出椭圆形，即内外圈在水平方向上的应力大于在垂直方向上的应力。

这是由于轴向力的作用使得内外圈的形状变形，导致应力分布的不均匀。

因此，在设计角接触球轴承时，需要考虑轴向负荷的影响，合理选择材料和优化结构，以增强其承载能力。

三、角接触球轴承内外圈应力的优化方法为了提高角接触球轴承的性能和寿命，需要对其内外圈的应力进行优化。

以下是一些常用的优化方法：1.材料的选择对于内外圈来说，材料的选择对应力分布至关重要。

通常情况下，内圈采用高硬度和高强度的材料，以增强其抗疲劳性能；而外圈则需要选择具有适当的韧性和耐磨性的材料，以增强其承载能力和抗裂性能。