滚动轴承寿命校核学习教案.pptx

会计学1滚动轴承寿命滚动轴承寿命(shumng)校核校核第一页，共39页。球球滚子滚子(n z)(n z)圆柱圆柱(yunzh)(yunzh)滚子滚子滚针滚针鼓形滚子鼓形滚子(n z)(n z)圆锥滚子圆锥滚子除滚动体外，其它元件可有可无除滚动体外，其它元件可有可无 1 1、滚动轴承、滚动轴承的基本结构的基本结构内圈内圈外圈外圈滚动体滚动体保持架保持架保保持持架架第1页/共38页第二页，共39页。2 2、滚动轴承、滚动轴承(gndngzhuchng)(gndngzhuchng)的的失效形式失效形式 运转运转(ynzhun)中的滚动轴承可能由于装配不当、润滑不中的滚动轴承可能由于装配不当、润滑不 良、水良、水分外，即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间的分外，即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间的运转运转(ynzhun)，轴承也会出现疲劳剥落和磨损滚动轴承虽然结构，轴承也会出现疲劳剥落和磨损滚动轴承虽然结构简单简单，但失效形式却表现出多样，但失效形式却表现出多样 性，主要的失效形式有疲劳失效（点性，主要的失效形式有疲劳失效（点蚀）、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效、胶合失效和塑性变形六种。蚀）、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效、胶合失效和塑性变形六种。第2页/共38页第三页，共39页。2.1 疲劳失效（点蚀）疲劳失效是滚动轴承失效的主要形式，常表现为滚动体或内外圈滚道表面脱落或蜕皮。初期是在接触表面形成不规则的凹坑，而后逐渐延伸成片，冲击载荷造成振动和噪声的加剧交变的疲劳应力(yngl)是造成疲劳剥落的主要原因，有时也与润滑不 良或强迫安装有关。而通常所说的轴承寿命即是指轴承的疲劳寿命。点蚀点蚀第3页/共38页第四页，共39页。2.2 磨损失效磨损失效 磨损是滚动轴承失效的另一常见形式，是轴承滚磨损是滚动轴承失效的另一常见形式，是轴承滚道道、滚动体、保持架、滚动体、保持架、座孔或轴颈由于机械原因而引、座孔或轴颈由于机械原因而引起起(ynq)的表面磨损磨损造成轴承游隙增大、表面的表面磨损磨损造成轴承游隙增大、表面粗糙度增加粗糙度增加，轴承运转精度降低、振动和噪声增大，轴承运转精度降低、振动和噪声增大磨粒磨粒(尘埃、异物尘埃、异物的侵入的侵入)及润滑不良造成及润滑不良造成磨损的根本原因磨损的根本原因第4页/共38页第五页，共39页。2.3 腐蚀失效腐蚀失效 润滑油润滑油、水份或湿气产生、水份或湿气产生(chnshng)的化学腐的化学腐蚀蚀，电流通过引起电火花而产生，电流通过引起电火花而产生(chnshng)的电腐的电腐蚀及轴承内外圈与座孔或轴颈存在微小相对运动形成蚀及轴承内外圈与座孔或轴颈存在微小相对运动形成微振腐蚀是滚动轴承腐蚀失效的三种表现形式表面微振腐蚀是滚动轴承腐蚀失效的三种表现形式表面腐蚀导致高精度轴承精度丧失而失去其功能腐蚀导致高精度轴承精度丧失而失去其功能.第5页/共38页第六页，共39页。2.4 2.4 断裂失效断裂失效 滚动轴承零件材料有缺陷和热处理不良滚动轴承零件材料有缺陷和热处理不良(bling)(bling)，运行中过载、转速过高、润滑不良，运行中过载、转速过高、润滑不良(bling)(bling)或装配不善造成过大的热应力等可能引起或装配不善造成过大的热应力等可能引起轴承零件轴承出现裂纹或断裂、加速其劣化轴承零件轴承出现裂纹或断裂、加速其劣化 第6页/共38页第七页，共39页。2.5 胶合失效胶合失效 润滑不润滑不 良、高速重载下工作的滚动轴承，由于良、高速重载下工作的滚动轴承，由于摩擦生热，轴承零件摩擦生热，轴承零件(ln jin)可以在极短时间内达到可以在极短时间内达到很高的温度，使一个表很高的温度，使一个表 面上的金属粘附到另一个表面面上的金属粘附到另一个表面上上，接触表面出现压痕，产生剥落区。，接触表面出现压痕，产生剥落区。第7页/共38页第八页，共39页。2.6 塑性变形塑性变形 过大的冲击载荷或静载荷、硬度很高的异物侵过大的冲击载荷或静载荷、硬度很高的异物侵入会造成滚动轴承零件局部的永久变形入会造成滚动轴承零件局部的永久变形，从而在运，从而在运转过程中产生剧烈的振动转过程中产生剧烈的振动(zhndng)和噪声和噪声，压痕，压痕引起的冲击载荷也会进一步引起附近表面的剥落引起的冲击载荷也会进一步引起附近表面的剥落.第8页/共38页第九页，共39页。3 3、重要、重要(zhngyo)(zhngyo)的名词的名词 在一定载荷作用下，轴承在出现点蚀前所经历的转数或小时数，在一定载荷作用下，轴承在出现点蚀前所经历的转数或小时数，称为轴承寿命。称为轴承寿命。由于制造精度、材料的均质程度等的差异，即使是同样的材料、由于制造精度、材料的均质程度等的差异，即使是同样的材料、同样尺寸以及通用一批生产出来的轴承，在完全相同的条件同样尺寸以及通用一批生产出来的轴承，在完全相同的条件(tiojin)下工作，他们的寿命也会极不相同。下工作，他们的寿命也会极不相同。轴承的寿命不能以同一批试验轴承中的最长寿命或最短寿命作为轴承的寿命不能以同一批试验轴承中的最长寿命或最短寿命作为标准。前者过于不安全，而后者有过于保守。标准。前者过于不安全，而后者有过于保守。3.1 轴承轴承(zhuchng)的的寿命寿命第9页/共38页第十页，共39页。轴承的寿命轴承的寿命/（106r）现在规定：一组在相同条件下运转的近于相同的轴承，将其现在规定：一组在相同条件下运转的近于相同的轴承，将其可靠度为可靠度为90%90%时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中10%10%的轴承的轴承发生点蚀破坏，而发生点蚀破坏，而90%90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以106106转转为单位）或小时数为单位）或小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定叫做基本额定(dng)(dng)寿命，以寿命，以L10L10表示。表示。9010完好完好对单个轴承对单个轴承(zhuchng)(zhuchng)而言，能达到此寿命的可靠度为而言，能达到此寿命的可靠度为90%90%，即，即R=90%R=90%。3 3、2 2 轴承的基本轴承的基本(jbn)(jbn)额额定寿命定寿命第10页/共38页第十一页，共39页。基本额定动载荷基本额定动载荷C：轴承的基本额定寿命：轴承的基本额定寿命(shumng)为为106 转时，转时，轴承轴承所能承受的最大动载荷。所能承受的最大动载荷。径向径向(jn xin)接触轴承的接触轴承的 C 是纯径向是纯径向(jn xin)载荷，用载荷，用 Cr表示。表示。向心角接触轴承的向心角接触轴承的 C 是所受载荷的径向分量是所受载荷的径向分量(fn ling)，也，也用用 Cr 表示。表示。轴向接触轴承的轴向接触轴承的 C 是中心轴向载荷，用是中心轴向载荷，用 Ca表示表示。3 3、3 3滚动轴承的基本额定动载荷滚动轴承的基本额定动载荷第11页/共38页第十二页，共39页。3 3 3 3、4 4 4 4 基本基本基本基本(jbn)(jbn)(jbn)(jbn)额定静载荷额定静载荷额定静载荷额定静载荷 轴承的正常失效形式是点蚀破坏，但是，对轴承的正常失效形式是点蚀破坏，但是，对于那些在工作载荷下基本上不旋转的轴承于那些在工作载荷下基本上不旋转的轴承,或者慢慢或者慢慢的摆动的摆动 以及转速极低的轴承，塑性变形才是轴承的以及转速极低的轴承，塑性变形才是轴承的失效形式。失效形式。国标规定，使受载最大滚动体和滚道接触中心国标规定，使受载最大滚动体和滚道接触中心处引起的接触应力达到一定处引起的接触应力达到一定(ydng)值的载荷，作值的载荷，作为轴承静强度的界限，这被称为轴承的基本额定静为轴承静强度的界限，这被称为轴承的基本额定静载荷，用载荷，用Co(Cor或或Coa)表示。表示。第12页/共38页第十三页，共39页。4 4、滚动轴承、滚动轴承(gndngzhuchng)(gndngzhuchng)寿命的计寿命的计算公式算公式轴承的载荷轴承的载荷(zi h)-寿命曲线寿命曲线 如右图所示曲线是在如右图所示曲线是在大量试验研究基础上得出的大量试验研究基础上得出的代号为代号为6208轴承的载荷轴承的载荷-寿寿命命(shumng)曲线。其它型曲线。其它型号的轴承也有与上述曲线的号的轴承也有与上述曲线的函数规律完全一样的载荷函数规律完全一样的载荷-寿命寿命(shumng)曲线。曲线。该曲线公式表示为：该曲线公式表示为：4.1 轴承的载荷轴承的载荷-寿命曲线寿命曲线第13页/共38页第十四页，共39页。为寿命指数为寿命指数(zhsh)，对于球轴承，对于球轴承 3；对于滚子轴承；对于滚子轴承 10/3。式中，式中，L10的单位的单位(dnwi)为为106r。P为当量动载荷（为当量动载荷（N）。）。实际计算中，用小时数表示比较实际计算中，用小时数表示比较(bjio)方便。令转速为方便。令转速为n（r/min），则），则第14页/共38页第十五页，共39页。常以设备常以设备(shbi)的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。疲劳疲劳(plo)寿命校核计算应满足的约束条件为：寿命校核计算应满足的约束条件为：式中，式中，Lh为轴承预期计算为轴承预期计算(j sun)寿命，见下表。寿命，见下表。第15页/共38页第十六页，共39页。滚动轴承滚动轴承滚动轴承滚动轴承(gndngzhuchng)(gndngzhuchng)(gndngzhuchng)(gndngzhuchng)的寿命计算的寿命计算的寿命计算的寿命计算2 2 2 24.2 滚动轴承滚动轴承(gndngzhuchng)的当量的当量动载荷动载荷 当量动载荷：是由轴承当量动载荷：是由轴承(zhuchng)实际所受载荷转换得到的假想载荷，它与基本额定动载荷实际所受载荷转换得到的假想载荷，它与基本额定动载荷 C 的确定条件及性质相同，用的确定条件及性质相同，用 P表示。表示。当量动载荷当量动载荷式中：式中：Fr 、Fa 分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；X、Y 分别为轴承的径向载荷系数与轴向载荷系数分别为轴承的径向载荷系数与轴向载荷系数；对只能承受纯径向载荷的向心圆柱滚子轴承、滚针轴承、对只能承受纯径向载荷的向心圆柱滚子轴承、滚针轴承、螺旋轴承螺旋轴承：对只能承受纯轴向载荷的推力轴承对只能承受纯轴向载荷的推力轴承：第16页/共38页第十七页，共39页。根据机器的实际工作情况根据机器的实际工作情况(qngkung)，引入载荷系数，引入载荷系数f p，用于计入，用于计入冲击、振动对载荷的影响。冲击、振动对载荷的影响。第17页/共38页第十八页，共39页。4.3 4.3 角接触球轴承与圆锥滚子轴承的和径向载荷角接触球轴承与圆锥滚子轴承的和径向载荷(zi h)Fr(zi h)Fr轴轴向向 载荷载荷(zi h)Fa(zi h)Fa的计算的计算 角接触球轴承与圆锥滚子角接触球轴承与圆锥滚子(n z)轴承在承受径向载荷时，轴承在承受径向载荷时，要产生派生的轴向力，为了保证这类轴承的正常工作，通常要产生派生的轴向力，为了保证这类轴承的正常工作，通常是成对使用的。下图表示了是成对使用的。下图表示了 两种不同的安装方式。两种不同的安装方式。在按公式计算各轴承在按公式计算各轴承(zhuchng)的当量动载荷的当量动载荷P时，时，其中的径向载荷其中的径向载荷Fr是由外界作用到轴上的径向力是由外界作用到轴上的径向力Fre在各在各轴承轴承(zhuchng)上产生的径向载荷。上产生的径向载荷。第18页/共38页第十九页，共39页。产生派生轴向力的原因：承载区内每个滚动产生派生轴向力的原因：承载区内每个滚动(gndng)体的反力都是沿滚动体的反力都是沿滚动(gndng)体与套圈接触点的法线方向传递的。体与套圈接触点的法线方向传递的。轴承安装不同时，产生轴承安装不同时，产生(chnshng)的派生轴向力也不同。的派生轴向力也不同。而其中的轴向载荷而其中的轴向载荷(zi h)Fa并不完全是有外界的轴向并不完全是有外界的轴向作用力作用力Fae产生，而是根据整个轴上的轴向载荷产生，而是根据整个轴上的轴向载荷(zi h)（包（包括因径向载荷括因径向载荷(zi h)Fr 产生的派生轴向力产生的派生轴向力S）之间的平衡条）之间的平衡条件得出。件得出。第19页/共38页第二十页，共39页。工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)情况情况情况情况2 2 2 2 角接触球轴承及圆锥滚子轴承的派生轴向力的大小取决于该角接触球轴承及圆锥滚子轴承的派生轴向力的大小取决于该轴承所受的径向载荷轴承所受的径向载荷(zi h)和轴承结构，按下表计算。和轴承结构，按下表计算。轴承所受总载荷的作用轴承所受总载荷的作用(zuyng)线与轴承轴心线的交点线与轴承轴心线的交点，即为轴承载荷中心（支反力的作用即为轴承载荷中心（支反力的作用(zuyng)点）。点）。派生力的方向总是由派生力的方向总是由轴承宽度中点轴承宽度中点指向指向轴承载荷中心轴承载荷中心。S的方向：沿轴线由轴承的方向：沿轴线由轴承外圈的宽边外圈的宽边窄边窄边。第20页/共38页第二十一页，共39页。13-4 13-4 13-4 13-4 滚动轴承滚动轴承滚动轴承滚动轴承(gndngzhuchng)(gndngzhuchng)(gndngzhuchng)(gndngzhuchng)的寿命计算的寿命计算的寿命计算的寿命计算 一成对安装的向心接触轴承，一成对安装的向心接触轴承，FR及及Fae分别为作用在轴上分别为作用在轴上的径向载荷及轴向载荷。两轴承受的径向载荷分别为的径向载荷及轴向载荷。两轴承受的径向载荷分别为Fr1及及Fr2，相应，相应(xingyng)的派生轴向力为的派生轴向力为S1及及S2。F Fae ae 第21页/共38页第二十二页，共39页。Fae 对上图进行对上图进行(jnxng)分析：分析：如果如果S1Fae S2，则轴有右移的趋势，此时轴承，则轴有右移的趋势，此时轴承被被“压紧压紧”，轴承，轴承被被“放松放松(fn sn)”。但实际上轴必须处于。但实际上轴必须处于平衡位置，所以被压紧的轴承平衡位置，所以被压紧的轴承所受的总轴向力所受的总轴向力 必须与必须与S1Fae 相平衡，即相平衡，即第22页/共38页第二十三页，共39页。FaeFaeFae而被放松的轴承而被放松的轴承只受其本身只受其本身(bnshn)派生的轴向派生的轴向力力S1，即，即第23页/共38页第二十四页，共39页。如果如果(rgu)S1Fae S2，则轴有左移的趋势，此时轴承，则轴有左移的趋势，此时轴承被被“压紧压紧”，轴承，轴承被被“放放松松”。同前理，根据力的平衡关系，作用在轴承同前理，根据力的平衡关系，作用在轴承(zhuchng)、上的轴向力分别为上的轴向力分别为FaeFaeFae第24页/共38页第二十五页，共39页。综上可知，计算角接触球轴承和圆锥滚子轴承所受轴向力的方法可归结为：综上可知，计算角接触球轴承和圆锥滚子轴承所受轴向力的方法可归结为：（1）根据轴承的安装方式及轴承类型，确定轴承派生轴向力）根据轴承的安装方式及轴承类型，确定轴承派生轴向力S1、S2的方向及大小；的方向及大小；（2）确定作用于轴上的轴向外载荷的合力）确定作用于轴上的轴向外载荷的合力Fae的方向及大小；的方向及大小；（3）判明轴上全部轴向载荷的合力指向，再根据轴承的安装方式找出被）判明轴上全部轴向载荷的合力指向，再根据轴承的安装方式找出被“压紧压紧”和和“放松放松”的轴承；的轴承；（4）被）被“压紧压紧”轴承的轴向载荷等于除本身派生轴向载荷以外的其他外加轴承的轴向载荷等于除本身派生轴向载荷以外的其他外加(wiji)轴向载荷的代数和；轴向载荷的代数和；（5）被）被“放松放松”轴承的轴向载荷等于轴承自身的派生轴向载荷。轴承的轴向载荷等于轴承自身的派生轴向载荷。第25页/共38页第二十六页，共39页。5、应用、应用(yngyng)例例 设某支撑根据设某支撑根据(gnj)工作条件决定选用深沟球轴承。轴承径向工作条件决定选用深沟球轴承。轴承径向载荷载荷Fr=5500N，轴向载荷，轴向载荷Fa=2700N，轴承转速，轴承转速n=1250r/min,装轴装轴承处的轴颈直径可在承处的轴颈直径可在5060mm范围内选择，运转时有轻微冲击，预范围内选择，运转时有轻微冲击，预期计算寿命期计算寿命Lh=5000h。试选择其轴承型号。试选择其轴承型号。解 求比值(bzh)查表知深沟球轴承的最大e值为0.44，故此时第26页/共38页第二十七页，共39页。2.初步计算(j sun)当量动载荷P查载荷(zi h)系数表知，fp=1.01.2,取fp=1.2查表知，X=0.56，Y值需在已知型号和基本额定(dng)静载荷Co后才能求出。先暂选一近似中间值，取Y=1.5，则第27页/共38页第二十八页，共39页。3.求轴承应有的基本(jbn)额定动载荷4.按照机械设计手册选择C=61800N的6310轴承5.此轴承的基本(jbn)额定静载荷Co=3800N。验算如下：a.求相对轴向载荷(zi h)对应的e值与Y值。相对轴向载荷(zi h)为b.在表中介于0.070.13之间，对应的e值为0.270.31，Y值为1.61.4。第28页/共38页第二十九页，共39页。b.用线性插值法求Y值。故 X=0.56，Y=1.597c.求当量(dngling)动载荷P。d.验算6310轴承(zhuchng)的寿命。即低于预期(yq)寿命。第29页/共38页第三十页，共39页。例例1 设根据工作条件决定在轴的两端反装两个角接触球轴承设根据工作条件决定在轴的两端反装两个角接触球轴承(zhuchng)，如，如下图（下图（a）所示，一直轴上齿轮受切向力）所示，一直轴上齿轮受切向力Fte=2200N，径向力，径向力Fre=900N，轴向力，轴向力Fae=400N，齿轮分度圆直径，齿轮分度圆直径d=314mm，齿轮转速，齿轮转速n=520r/min，运转中有中等冲，运转中有中等冲击载荷，轴承击载荷，轴承(zhuchng)预期寿命预期寿命 h，设初选两个轴承，设初选两个轴承(zhuchng)型号均为型号均为7207C，试验算轴承，试验算轴承(zhuchng)是否达到预期寿命的要求。是否达到预期寿命的要求。解 查滚动轴承机械设计手册可知角接触轴承7207C的基本额定动载荷C=30500N，基本额定静载荷Co=20000N。求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2 将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（图b）和水平面（图c）两个(lin)平面力系。其中图c中的Fte为通过另加转矩而平移到指向轴线；图a中的Fae亦应通过另加转矩而平移到作用于轴线上。由力分析可知：第30页/共38页第三十一页，共39页。第31页/共38页第三十二页，共39页。第32页/共38页第三十三页，共39页。2.求两轴承(zhuchng)的轴向力Fa1和Fa2 对于7000C型轴承，按下表1查，轴承派生轴向力Fd=eFr，其中e是表2中的判断(pndun)系数，其值由Fa/Co的大小来确定，但现在轴向力Fa未知，故先初取e=0.4，因此可估算：角接触球轴承圆锥滚子轴承70000C(=15)70000AC(=25)70000B(=40)Fd=Fr/(2Y)Fd=eFrFd=0.68FrFd=1.14Fr第33页/共38页第三十四页，共39页。2第34页/共38页第三十五页，共39页。由表2进行(jnxng)插值计算，得e1=0.422，e2=0.401。再计算第35页/共38页第三十六页，共39页。两次计算(j sun)的Fa/Co值相差不大，因此确定e1=0.422，e2=0.401，Fa1=1006.05N，Fa2=606.56N。3.求轴承当量(dngling)动载荷P1和P2因为(yn wi)由表2分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 X1=0.44，Y1=1.327对轴承2 X2=1，Y2=0第36页/共38页第三十七页，共39页。因轴承(zhuchng)运转中有中等冲击载荷，查表知，fp=1.21.8,取fp=1.5。则4.验算轴承(zhuchng)寿命5.因为P1P2,所以按轴承(zhuchng)1的受力大小验算故所选轴承满足寿命(shumng)要求第37页/共38页第三十八页，共39页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第38页/共38页第三十九页，共39页。