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调心滚子轴承的受力分析

2020/9/1 10:59:32 人评论 次浏览 分类:电工基础  文章地址:/tech/3313.html

在文章《大型电机里的轴承配置》里面提到了一个在普通电机里比较少用到,但是在大型电机里会用到的调心滚子轴承,在很多进口轴承生产商那里也被叫做球面滚子轴承。

从轴承设计的类型上,我们可以看出来,调心滚子轴承是比较少见的两列的滚子轴承,既然是两列,那么比起一般的单列(球或者滚子)轴承来说,承载能力要高的多,而且这又是一个滚子轴承,本身比起球轴承,承载能力就会高。
所以,单从轴承的设计角度来判断轴承的使用的话,调心滚子轴承是一个非常适用在需要高承载力的应用中的轴承。

当然,只从这一点判断,似乎也不是特别的有说服力,一般工程师还需要计算一下轴承的寿命,来看看在同等尺寸下,调心滚子轴承是不是可以达到设备或者电机所要求的使用寿命。根据一般的轴承寿命计算公式校核之后,跟理论上想象的一样,调心滚子轴承的C值确实比其他单列轴承都要高,寿命也远远满足应用的需要。


一系列的判断都似乎有一个给定的结果,调心滚子轴承是一个非常理想的适用在重载电机里的轴承。


尤其在一些立式电机里,不仅载荷较大,而且轴承被要求承受轴向载荷。由于球面滚子轴承的设计特点,调心滚子轴承不仅可以承受很大的径向载荷,同时,理论上可以承受纯轴向载荷。


但是,在实际应用中,我们往往发现调心滚子轴承在承受很大的轴向载荷时,失效的风险很高,换句话说,在这种工况下,这个轴承的寿命没有预期的那么好。
原因在哪里?999102英皇赌场手机版跟大家一起探讨一下。

关于轴承的当量动负荷

轴承作为轴系中主要的承载元件,往往承受的不是单纯的径向力,而是伴随着一部分的轴向力。但是,做过轴承寿命计算的朋友都知道,轴承的疲劳寿命计算时,是需要用实际的受力与轴承设计的基本额定力来做比较的,那么这里就存在一个问题,我们需要把轴承承受的联合载荷,等效成一个载荷,而这个载荷才可以作为用来比较的轴承实际载荷,我们把这个载荷叫做轴承的当量动负荷。

“当量”(Equivalent)顾名思义,就是轴承的等效载荷了。虽然他不是一个完全意义上的“径向载荷”,但是在这里,我们可以理论上认为,这是一个等效的轴承载荷。

                   
图2所示为我们通常比较好理解的受力情况,轴承承受较大的径向载荷,而轴向载荷的值较小;
图1则反映的是另外一种情况,尤其是在垂直轴的应用中,轴承所承受的轴向载荷远大于径向载荷(大于某个特定的比例,在后续的文章中会详细介绍)。

在各轴承生产商的型录里,都会对轴承的当量动负荷(P)的计算有明确的公式,
针对图1的受力情况:P=Fr+Y1×Fa针对图2的受力情况:P=0.67×Fr+Y2×Fa。

本文以型号为22224的某品牌的调心滚子轴承(轴承的后缀不影响计算参数),来看这几个参数的值:


(注:由于轴承的生产商不同,上述表格里的数据会有略微差异,实际使用时请咨询您的轴承供应商,以获取准确的数据。)
从公式和数据,就可以看出,其实我在等效轴承所受的联合载荷时,是已经考虑到了轴向力在当量负荷中所起到的作用。

当轴承承受的轴向力较大时,从公式2就可以看出,在整个当量动负荷中,径向力所占的比例,或者说径向力对当量负荷的影响下降了三分之一,以这个22224为例,轴向力的影响则大了非常多。


所以,从理论上来看,在计算疲劳寿命时,我们已经完全考虑了轴向力的影响,那为什么实际轴承运行的表现好想跟理论上的结论不太负荷呢?


这是因为,我们看到的实际的结果是轴承的使用寿命,而这个使用寿命,除了载荷以外,还受到更多的因素的影响。类似于润滑,安装等等其他轴承也会受到的因素不提,我们就看调心滚子轴承,在轴向载荷过大的情况下,还有什么会导致调心滚子轴承的使用寿命偏低呢?

1、单列受载;
2、不受载一列滚动体的滑动
3、不受载一列滚动体未达到最小负荷;
4、轴向载荷对寿命的其他影响;

上述问题都是在轴向载荷过大时,会出现在调心滚子轴承中,导致轴承失效、噪声偏高等等一系列问题的原因,而这些问题到底是如何产生的,又并有什么危害,999102英皇赌场手机版在“电工基础”栏目后续的文章中再跟大家一一的详细说明。

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