中科大机械制造与设计教案第61次课滚动轴承的寿命计算

课时授课计划第六十一次课【教学课题】：§14-8滚动轴承的寿命计算【教学目的】：掌握轴承的寿命计算的方法。【教学重点及处理方法】：轴承的寿命的相关概念及计算的方法。处理方法：详细讲解【教学难点及处理方法】：轴承的寿命计算的方法。处理方法：举例讲解【教学方法】:讲授法【教具】：课件【时间分配】：引入新课5min新课80min小结、作业5min第六十一次课【提示启发引出新课】前面已经讨论了滚动轴承的类型、代号及滚动轴承的选择，那么滚动轴承是否适用，还必须经过寿命计算才能确定。本次课中讨论滚动轴承的寿命计算。【新课内容】§14-8滚动轴承的寿命计算一、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、基本额定寿命一批同型号的轴承即使在同样的工作条件下运转，由于材料、热处理及加工因素等的影响，各轴承的寿命也不会完全相同。

一批同型号的轴承在相同条件下运转时，90%的轴承未发生疲劳点蚀前运转的总转数，或在一定转速下工作的小时数，称为轴承的基本额定寿命，分别以L10(106转为单位)和L10h(小时为单位)表示。3、基本额定动负荷当轴承在特定的受载条件下，在某一个大小和方向恒定的负荷作用下，其基本额定寿命为106转时，这一个负荷称为该轴承的基本额定动负荷，用C表示。单位：牛顿。基本额定动载荷是衡量轴承抵抗疲劳点蚀能力的主要指标。如果轴承的基本额定动载荷大．则其抗疲劳点蚀的能力强。

对于向心轴承，基本额定动载荷是指径向载荷，用Cr表示；对于推力轴承是指轴向载荷，以Ca表示

轴承的基本额定动载荷值可由设计手册查得。二、当量动负荷轴承的基本额定动负荷C是对应于特定的受载条件。但轴承的实际工作载荷是同时承受径向和轴向的复合载荷，这就需要将实际的复合载荷换算成理想的受载条件下的假想载荷。在假想载荷的作用下，轴承寿命和实际条件下的寿命相等，则该假想载荷即为当量动负荷，用P表示。当量动载荷的计算公式如下：①向心轴承（"6"类、"1"类、"2"类）当Fa/Fr≤e时，

P=Fr当Fa/Fr>e时，

P=XFr+YFa②圆柱滚子轴承（"N"类）圆柱滚子轴承一般只能承受径向载荷，当量动载荷为

P=Fr③推力轴承推力轴承只能承受轴向载荷，当量动载荷为

P=Fa式中,e为判断系数，见表14-6。X-径向系数，表14-6；Y-轴向系数，表14-6；-径向载荷；-轴向载荷。说明：1）通过表14-6查X、Y时是根据参数e确定的，而e又由比值而定。2）在按寿命计算选择轴承型号时，须估选一型号，查得，然后得到X、Y，才能进行寿命计算。3）对于多数轴承，径向载荷就是轴系的支承反力，轴向载荷就是轴向外力，径向载荷的作用位置是轴承宽度的中点。但角接触轴承有其特殊性。将另形讨论。三、滚动轴承的轴向力计算角接触轴承有其特殊性，其轴向载荷并不是轴向外力，既使受纯径向负荷也会产生内部轴向力，所以计算角接触轴承所受的轴向负荷时，要同时考虑外部轴向负荷和内部轴向力两个部分，根据整个轴上所有轴向载荷的平衡关系分析决定的，径向载荷的作用位置也不是轴承宽度的中点。1、支反力的作用点距外圈宽边为a，由机械零件手册可查。2、内部轴向力大小由表14-5查得。方向由外圈的宽边指向窄边。角接触轴承的内部轴向力Fs圆锥滚子轴承角接触球轴承(7000C)α=150(7000AC)α=250(7000B)α=400Fs=Fr/2YFs=eFrFs=0.68FrFs=1.14Fr3、的计算安装方式：正装（外圈窄边对窄边）和反装（外圈宽边对宽边）。参见图14-24，讨论计算方法。

两种情况：

则轴有右移的趋势，此时轴承Ⅱ由于被端盖顶住而压紧（简称紧端）；而轴承Ⅰ则被放松（称松端）。

由此得两轴承所受的实际轴向载荷分别为：轴承Ⅰ(松端)轴承Ⅱ(紧端)

轴有左移的趋势，此时轴承Ⅰ由于被端盖顶住而压紧（简称紧端），而轴承Ⅱ则被放松(称松端)。由此得两轴承所受的实际轴向载荷分别为：轴承Ⅱ(松端)轴承Ⅰ(紧端)

由以上分析，可得出角接触轴承的实际轴向载荷的计算方法要点：

1）根据轴承的安装方式，确定内部轴向力的大小及方向；

2）判断全部轴向载荷合力的方向，确定被压紧的轴承(紧端)及被放松的轴承(松端)；

3）“紧端”轴承所受的实际轴向载荷，应为除了自身内部轴向力之外，其它所有轴向力的代数和；

“松端”轴承所受的实际轴向载荷，等于自身内部轴向力。四、滚动轴承的寿命计算实验证明，轴承的负荷P与寿命的关系是：-寿命指数，球轴承=3；滚子轴承=10/3。因此，可以根据寿命为106转时的基本额定动负荷与寿命不为106转时的极限负荷P进行换算：。因此滚动轴承的寿命计算基本公式为：

若用给定转速n下的工作小时数来表示，则为

公式的应用：1、已知轴承型号，基本额定动负荷C和工作负荷P，可以计算出轴承的基本额定寿命L10或2、已知轴承工作负荷P，轴承的预期的基本额定寿命‘可以计算出所要求的基本额定动负荷C’从手册中选择适当的轴承型号，只要，就能保证轴承的基本额定寿命。轴承预期寿命的参考值机器种类预期寿命/小时不经常使用的仪器或设备

500

航空发动机500～2000间断使用的机器

中断使用不致引起严重后果的手动机械、农业机械等

4000～8000

中断使用会引起严重后果的机械设备，如升降机、输送机、吊车等

8000～12000

每日工作8小时的机器

利用率不高的齿轮传动、电机等12000～20000利用率较高的