軸承過盈配合計算
一個相對于負載旋轉(zhuǎn)的軸承套圈應該安裝一個過盈配合,以避免套圈滑動。過盈配合會降低軸承的有效間隙。溫度和離心力對過盈配合的有效間隙和性能有額外的影響。給出了考慮干涉、溫度和離心力的干涉配合的在線計算。
通常用厚環(huán)理論計算干涉配合,假設有兩個圓柱環(huán)和平面應力。零件之間的干涉是由制造公差決定的,可以考慮一些由于表面粗糙度引起的嵌入。DIN 7190(2001)提出有效干擾降低0.8*Rz,而DIN 7190(2017)提出有效干擾降低0.4*Rz。應考慮接觸的兩部分表面粗糙度之和,但由于大多數(shù)情況下軸承環(huán)的表面要比軸和軸承座光滑得多,所以只考慮軸/軸承座表面粗糙度就足夠了。
在計算過盈配合時,要求各環(huán)的內(nèi)徑與外徑之比。對于內(nèi)環(huán)的外徑和外環(huán)的內(nèi)徑,問題是如何確定這個直徑。一些軸承目錄提到滾道直徑,其他滾道直徑之間的平均直徑和肩部。
為了估算軸承套圈肩部對有效間隙變化的影響,在MESYS軸承計算軟件中加入軸對稱有限元計算,根據(jù)厚環(huán)理論計算圓柱環(huán)時,其外輪廓的直徑展開如圖所示。厚環(huán)理論有兩種選擇。無論是螺距直徑加上/減去球直徑Dpw±Dw用于第二直徑的環(huán)或直徑導致相同的截面面積作為實際截面包括肩部。
圖1顯示了一個71910C軸承內(nèi)環(huán)在考慮Iw = 13mm和速度為0的干擾下的直徑擴展。實線顯示了擴張的外輪廓環(huán)根據(jù)有限元分析計算,虛線顯示擴張使用厚環(huán)理論和等效截面的直徑和虛線顯示了厚環(huán)的擴張理論和外徑Dpw-Dw。
可以看出,在軸承中間的膨脹非常接近不考慮肩部的值,而在左肩部的膨脹更接近等效截面的值。需要注意的是,這種差異約為0.3 mm,所以表面粗糙度的不可靠平滑效果要大于這種變化。
圖2顯示了相同示例的結(jié)果,但是轉(zhuǎn)速為30000 rpm。這里等截面情況下的展開式比不考慮肩部的情況下的展開式大。其原因是離心力的質(zhì)量和有效直徑較大。
圖3顯示了這兩個計算中使用的網(wǎng)格。軸的寬度略大于軸承的寬度,因為它是在實際應用中使用二次元。
對于相同的示例,圖4和圖5考慮的是內(nèi)徑dsi = 30mm的空心軸,而不是實心軸。圖4顯示了基于厚環(huán)理論的兩種情況下的較大差異,等效截面的情況在這里太僵硬了,包括離心力,差別又很小。
這些例子表明,在許多情況下不需要考慮肩部的配合計算,在低速情況下使用簡化的Dpw±Dw方法可以得到更準確的結(jié)果。但大多數(shù)情況下,這種差異比表面粗糙度的影響要小得多。
如果采用與軸承寬度相等的軸寬,則基于有限元計算的環(huán)的膨脹會更小,更接近考慮等效截面的結(jié)果。但在實際應用中,軸和殼體的寬度幾乎在所有情況下都大于軸承的寬度,這也是有限元計算中假定的。
在MESYS滾動軸承計算軟件12/2017中加入了基于有限元的對比。
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