游隙及載荷對(duì)滾動(dòng)軸承載荷分布的影響*

王金龍

(甘肅長(zhǎng)城電工集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030)

0 引言

軸承是許多機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵部件，一旦軸承失效，將會(huì)引起嚴(yán)重后果。軸承的徑向游隙對(duì)軸承的使用壽命有著重要影響，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)引發(fā)軸承故障。過(guò)大的游隙會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)精度降低，噪聲和振動(dòng)增大，同時(shí)使軸承承載能力降低，縮短軸承使用壽命;過(guò)小的游隙會(huì)使軸承生熱增多，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度過(guò)高，甚至燒損軸承，引發(fā)故障，所以分析軸承的游隙及載荷對(duì)軸承的載荷分布非常有必要［1－4］。

1 軸承的游隙

軸承的游隙是指軸承內(nèi)外圈的相對(duì)位移量，即將軸承內(nèi)圈或外圈固定，另一套圈從一個(gè)極限位置至另一極限位置的距離。徑向位移量稱(chēng)為徑向游隙，軸向位移量稱(chēng)為軸向游隙。軸承的軸向游隙可以通過(guò)選用合適的軸承配置來(lái)調(diào)整，所以一般情況只需要校核軸承的徑向游隙，但對(duì)于角接觸軸承需要預(yù)緊的場(chǎng)合除外［5－6］。

角接觸球軸承可以通過(guò)施加預(yù)負(fù)荷來(lái)調(diào)整或消除原始游隙。深溝球軸承由于結(jié)構(gòu)限制，一般只能承受徑向負(fù)荷，游隙的存在會(huì)使鋼球與滾道之間的初始間隙發(fā)生變化，游隙不僅影響到接觸角，而且還影響到應(yīng)力、變形、載荷分布和疲勞壽命［7－8］。

2 載荷分布范圍

如圖1所示，以變形前軸承的中心為基準(zhǔn)，徑向負(fù)荷作用方向的角度為0°，順時(shí)針?lè)较蚪嵌葹檎?，軸承內(nèi)環(huán)任意點(diǎn)與徑向負(fù)荷作用方向的夾角定義為位置ψ，則該點(diǎn)的徑向位移uψ

可表示為:

式中:ur為軸承徑向位移;γ為軸承徑向游隙。

圖1 深溝球軸承在徑向載荷作用下的變形示意圖

當(dāng)ψ=0°時(shí)，軸承的內(nèi)、外圈的最大徑向接觸變形量umax可以表示為:

由上述式子可得:

根據(jù)赫茲接觸理論，接觸載荷與變形量的3/2次冪成正比關(guān)系［9］，即:式中:Q為接觸載荷;Kn為點(diǎn)接觸剛度;u為接觸變形量。

整理可得:

將式(3)代入式(5)，可得:

當(dāng)軸承處于靜力平衡狀態(tài)時(shí)，軸承所承受的軸向載荷等于軸承內(nèi)、外圈與滾動(dòng)體之間的接觸載荷Qψ的合力，即

式中:ψl為軸承的接觸分布范圍角。

圖2 游隙對(duì)載荷分布范圍的影響

當(dāng)游隙γ＞0時(shí)，即有游隙狀態(tài)，載荷分布范圍角為0 ＜ |ψl|＜90°，如圖2(a)所示。

當(dāng)游隙γ=0時(shí)，即無(wú)游隙狀態(tài)，載荷分布范圍角為 ψl=90°，如圖2(b)所示。

當(dāng)游隙γ＜0時(shí)，即負(fù)游隙狀態(tài)，載荷分布范圍角為90°＜ |ψl|＜180°，如圖2(c)所示。

3 徑向載荷對(duì)載荷分布的影響

本文選取型號(hào)為6209/P2的深溝球軸承作為計(jì)算例子，分析徑向載荷對(duì)載荷分布的影響。

如圖3所示，當(dāng)γ=0.0152 mm時(shí)，在不同徑向載荷作用下，軸承滾動(dòng)體與滾道之間的接觸載荷分布。

圖3 徑向載荷對(duì)接觸載荷分布的影響

3 結(jié)論

滾動(dòng)軸承的游隙對(duì)載荷分布有著很大的影響，選用時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮具體使用工況及設(shè)備設(shè)計(jì)壽命。

(1)當(dāng)外界條件相同時(shí)，隨著徑向游隙的減小，軸承的接觸分布范圍角ψl增大。最大接觸載荷減小。隨著徑向載荷的減小，軸承接觸分布范圍角ψl減小，最大接觸載荷增大。

(2)當(dāng)軸承游隙減小到一定程度時(shí)，即出現(xiàn)負(fù)游隙，軸承在外載荷作用下的內(nèi)、外圈相對(duì)變形量較小，但軸承中滾動(dòng)體的平均接觸載荷增加，會(huì)導(dǎo)致軸承壽命降低。

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