几何偏差对滚动轴承寿命影响计算.docx

《几何偏差对滚动轴承寿命影响计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《几何偏差对滚动轴承寿命影响计算.docx（22页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、几何偏差对滚动轴承寿命影响计算目录前言11 .问题假设22 .滚动轴承设计中对位置偏差的处理23 .滚动轴承的寿命计算73.1.大纲73.2.教学任务及内容73.3.滚动轴承的工作情况分析及计算73.3.1.滚动轴承的失效形式73.3.2.设计准则83.3.3.滚动轴承的寿命计算83.3.4.滚动轴承的静强度计算103.3.5.滚动轴承的极限转速103.3.6.滚动轴承的选择113.3.7.滚动轴承类型的选择113.3.8.轴承的公差等级113.4.滚动轴承的组合设计113.4.1.滚动轴承的固定113.4.2.轴组件的轴向固定123.4.3.滚动轴承支承的调整123.4.4.轴承组合支承部分

2、的刚度和同轴度133.4.5.滚动轴承的预紧133.4.6.轴承的安装与拆卸133.4.7.轴承的润滑与密封134 .计算案例155 .结论21前言滚动轴承的计算通常基于理想标称几何形状来进行。然而，实际的零部件和装配后的总成总是受到制造和装配过程造成的几何偏差的影响。这导致内部几何条件的变化，对轴承特性，如使用寿命会有一定的变化。FVA-WOrkbenCh允许用户在轴承计算中考虑这些几何偏差，以获得更可靠的结果O1 .问题假设滚动轴承是机械工程的所有领域中不可或缺的零件，它的存在，使得旋转部件运行更加精确、获得低摩擦和较低的成本效益。滚动轴承通常根据ISO/TS16281进行计算。这通常假定

3、一个实际滚道的理想几何形状，不考虑轴承轴的几何尺寸偏差。在实践中制造和装配过程总是会导致几何偏差的存在，起分布一般为静态分布。此外，运行过程中的荷载会引起零部件变形，从而影响轴承的工作行为。如FINGER1E已经表明，作用在行星齿轮上的啮合力会导致轮体的椭圆。这导致轴承寿命的增加或减少，取决于不同的条件。在滚动轴承计算中，对几何偏差及其静态分布特性进行积分，可以得到更准确的表达形式，从而改善所计算的结果。FVA-Workbench软件允许用户在滚动轴承设计中考虑这些尺寸和位置偏差。脚本接口还可以集成用户定义的具体案例。下面将展示如何使用这些选项来执行对轴承的计算，并考虑到这些静态分布的几何偏差

4、。2 .滚动轴承设计中对位置偏差的处理FVA-Workbench可用于传动系统的建模、配置和计算。在对整个系统进行建模时，可以导入一个壳体的STP文件，然后可以通过一个简单的单击工作流将其与轴承外环耦合。这使得在不使用外部有限元软件的情况下，根据GUYAN计算刚度矩阵和确定等效刚度成为可能。除了根据制造商的规格使用轴承数据（例如，从滚动轴承目录中获取），滚动轴承的几何形状也可以直接指定。这包括滚动元件和滚道的轮廓，这使得很容易考虑几何偏差。20winmm-50*50uinmm外环滚道上的偏差可以定义为与理想圆形形状的径向偏差。例如，这可以用来定义轴承外圈的椭圆变形。图1显示了个轴承外圈偏差的例

5、子，为了清晰，放大增强了100倍。对于有线接触的滚动轴承，可以为内环和外环上的滚动元件在轴向上定义任何类型的轮廓。一般来说，制造商使用专门设计的轮廓优化功能来提高使用寿命。然而，理论上，滚道的任何形式偏差都可以使用软件来表zjOOOOOOOOOOOPc开、Z寸98UJ1UU1A图1轴承外窗变形情况描述图2显示了8个插值点的轴向示例偏差。滚动元件对应于根据DIN26281建议的轮廓在内环上有鼓形偏差，在外环上有锥形偏差。为了清晰显示，这些数值也被放大了IOO倍。SogogogOgortnn-cocpIU1UU1A图2圆柱形滚子轴承（W*滚动元件、IR金内环、AR二外环）上的轴向形状偏差（轮廓），

6、分辨率提高了IOO倍当使用切片模型时，DIN26281规定将轴承划分为至少30个轴向切片。FVA-WOrkbenCh支持任何解决方案，只要不超过此下限即可。为了获得切片模型中所需的轮廓的最佳分辨率，应该选择一些至少等于切片数量的轮廓插值点。igE)trod二3SBH(q5310nba1亡od(qem21n一WS(砥uspeajds)s-qBcBAI3sJtrodxw(ZdqM)powAgjejsSuEes可SUoee3PUE3EO3DQUeIxUoSSuowpuou8uqaJdo:JOUoqc1%。(一Ex)3Ind=(qekeCovsucomInd0aMU-SSyaId图3FVA-滚动轴承计

7、算的工作台统计公差分析序列在外环上，可以在纵向和周向上叠加附加偏差。除了滚道上的这些偏差外，还可以通过指定垂直(V)和横向(W)轴的值来定义壳体轴承座的偏移和偏差(为了识别轴，见图4)O在计算中，这些值代表了在求解轴承座系统的准静态平衡时所考虑的边界条件。图4系统计算建模脚本模块可用于FVA-Workbench中的自动化复杂计算。简单的命令可用于加载其他数据、运行计算和创建自定义输出报告。可能的输出格式包括简单的文本文件、明确准备的HTM1报告或已准备配置的EXCe1文件。例如，脚本模块可用于加载以前生成的样本并按顺序处理它们。在这种情况下，下面描述了在现实中可能发生的偏差的可能配置的一个实例

8、。图3显示了本例中的统计公差分析的序列。计算在一个XM1文件中配置，其中定义了零件和总成的位置偏差。然后根据输入文件和配置的采样策略（根据实验计划随机或系统地）自动创建样本。输入文件由一个MAT1AB脚本处理，该脚本将单个样本的几何数据保存在一个可由FVA-Workbench读取的Exce1文件中。还需要将其执行计算的模型文件作为输入。然后，通过命令行调用在批处理模式下启动FVA-WOrkbench,并自动处理生成的样本，并将计算结果保存在一个Exce1文件中。然后，可以使用合适的MAT1AB脚本对结果进行统计分析。还可以为FVA-Workbench中的单个样本生成结果报告。本报告以HTM1格

9、式输出，包括单个系统组件的详细图形计算报告（例如，轴弯曲、齿面啮合中的齿面应力或寿命）。3 .滚动轴承的寿命计算3. 1.大纲1）能力目标1 .能合理的选择常用滚动轴承2 .具有组合设计的能力2）知识目标1 .掌握滚动轴承的基本额定寿命、基本额定动载荷及寿命计算2 ,熟悉滚动轴承的组合设计3）教学的重点与难点重点：滚动轴承的寿命计算。难点：滚动轴承的组合设计。4）教学方法与手段采用多媒体教学，结合图片及实物讲授，提高学生的学习兴趣。3. 2.教学任务及内容知识点滚动轴承的寿命计算1 .滚动轴承的失效形式及设计准则2 .滚动轴承的寿命计算3 .滚动轴承的组合设计4. 3.滚动轴承的工作情况分析及

10、计算5. 3.1.滚动轴承的失效形式3.3.1.1.点蚀轴承工作时，滚动体和内、外套圈之间产生相对运动，在负荷作用下，滚动体和内、外套圈的接触处产生循环变化的接触疲劳应力。长期工作会产生点蚀破坏，使轴承运转时产生振动、噪声，乃至丧失运转精度。3.3.1.2.塑性变形低速轴承和间歇摆动轴承，一般不会产生疲劳点蚀破坏，但在过大的冲击负荷或静负荷下，滚道和滚动体会出现不均匀的永久塑性变形凹坑，增大摩擦，降低运转精度。3.3.1.3.磨损在多粉尘或润滑不良条件下，滚动体和套圈的工作面产生磨损。速度过高时还会出现胶合、表面发热甚至滚动体回火。其他还有因安装、拆卸、维护不当引起的元件断裂、锈蚀、化学腐蚀等

11、。3. 3.2.设计准则1、对回转的滚动轴承，最主要的失效形式是疲劳点蚀破坏。一般情况下，均应进行轴承的寿命计算。2、对低速轴承或摆动轴承，要求控制其塑性变形，应进行静强度计算。负荷较大或有冲击负荷的回转轴承，亦应进行静强度计算。3、对高速轴承，主要是由于发热而引起的磨损、烧伤失效，除需要进行寿命计算外，还应验算极限转速。3.3.3.滚动轴承的寿命计算3.3.3.1.基本额定寿命和基本额定动负荷(1)寿命滚动轴承任一元件的材料首次出现疲劳点蚀前的总转数或在某一给定的恒定转速下的运转小时数。(2)基本额定寿命一批型号相同的轴承，在相同的运转条件下，其中90%在疲劳点蚀前能运转的总转数或在给定转速

12、下所能运转的总工作时数。其可靠度为90%,以符号11O或1h1O表示。(3)基本额定动负荷轴承的基本额定寿命为一百万转时所能承受的最大负荷为轴承的基本额定动负荷，以Cr表示。在基本额定动载荷作用下，轴承可以转转而不发生点蚀失效的可靠度为90%。纯径向载荷向心轴承基本额定动载荷C纯轴向载荷一一推力轴承指引起套圈间产生相对径向位移时载荷的径向分量一一角接触球轴承和圆锥滚子轴承3.3.3.2.当量动载荷定义：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。理解为：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

13、径向载荷R的轴承(N、NA轴承)P=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=A（3）同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承P=XR+YAX径向载荷系数，Y轴向载荷系数，X、Y见表14.133.3.3.3.向心角接触轴承轴向力的计算该类轴承受R一产生派生轴向力S,所以要成对使用，对称安装（1）派生轴向力大小方向：a）正装（面对面），支点跨距小，适合于传动零件位于两支承之间；b）反装（背靠背），实际支距变大，适合于传动零件处于外伸端（2）实际轴向载荷A的确定1）当丹+S?当时轴有向左移动的趋势，使轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，压紧的轴承1外圈通过滚动体将对内圈和轴产生

14、一个阻止其左移的平衡力，使喳J轴承1的实际轴向载荷为4=&+$=一士鸟轴承2上的轴向力，由力的平衡条件A2=A1-Fa=Fa+-Fa=本身的派生轴向力2）当4+诙心时轴有右移趋势，轴承2被“压紧”，轴承1被“放松”，“2”上产生一个平衡力对，使4+Sa+S；=瓦Sa+S=EI1纥轴承2实际所受的轴向力为A2=S2+S=Sx-F轴承1实际所受的轴向力，由力的平衡条件本身派生轴向力结论：一一实际轴向力A的计算方法1）分析轴上派生轴向力和外加轴向载荷，判定被“压紧”和“放松”的轴承。2） “压紧”端轴承的轴向力等于除本身派生轴向力外，轴上其他所有轴向力代数和。3） “放松”端轴承的轴向力等于本身的派

15、生轴向力3.3.3.4.滚动轴承的寿命计算轴承的负荷P与寿命1之间的关系曲线如图所示，其方程式为P11O=常数式中P一当量动负荷（N110一基本额定寿命一寿命系数，球轴承=3,滚子轴承=10/3。已知轴承基本额定寿命为一百万转（1X106r）时的基本额定动载荷为Cr,由此得寿命公式若以工作时数表示寿命，得、式中n一轴承的工作转速（r/min）；fp负荷系数，考虑机器工作时的振动冲击对负荷的修正，轴承寿命计算后应满足1h1h3. 3.4.滚动轴承的静强度计算基本额定静载荷co：取决于正常运转时轴承允许的塑性变形量，即受载最大的滚动体与滚道接触处中心处引起的接触应力达到一定值例，调心球：4600MPa;其他球轴承：4200MPa;滚子轴承：4000MPa轴承的当量