從軸承設計的類型上,我們可以看出來,這是比較少見的兩列的滾子軸承,既然是兩列,那麼比起一般的單列(球或者滾子)軸承來說,承載能力要高的多,而且這又是一個滾子軸承,本身比起球軸承,承載能力就會高。
是以,單從軸承的設計角度來判斷軸承的使用的話,這是一個非常适用在需要高承載力的應用中的軸承。
當然,隻從這一點判斷,似乎也不是特别的有說服力,一般工程師還需要計算一下軸承的壽命,來看看在同等尺寸下,這個軸承是不是可以達到裝置或者電機所要求的使用壽命。根據一般的軸承壽命計算公式校核之後,我們發現,跟理論上想象的一樣,這個軸承的C值确實比其他單列軸承都要高,壽命也遠遠滿足應用的需要。
一系列的判斷都似乎有一個給定的結果,這個軸承是一個非常理想的适用在重載電機裡的軸承。
尤其在一些立式電機裡,不僅載荷較大,而且軸承被要求承受軸向載荷。由于球面滾子軸承的設計特點,這個軸承不僅可以承受很大的徑向載荷,同時,理論上可以承受純軸向載荷。
但是,在實際應用中,我們往往發現這個軸承在承受很大的軸向載荷時,失效的風險很高,換句話說,在這種工況下,這個軸承的壽命沒有預期的那麼好。
原因在哪裡?今天可以跟大家一起探讨一下。
關于軸承的當量動負荷
軸承作為軸系中主要的承載元件,往往承受的不是單純的徑向力,而是伴随着一部分的軸向力。
但是,做過軸承壽命計算的朋友都知道,軸承的疲勞壽命計算時,是需要用實際的受力與軸承設計的基本額定力來做比較的,那麼這裡就存在一個問題,我們需要把軸承承受的聯合載荷,等效成一個載荷,而這個載荷才可以作為用來比較的軸承實際載荷,我們把這個載荷叫做軸承的當量動負荷。
“當量”(Equivalent)顧名思義,就是軸承的等效載荷了。雖然他不是一個完全意義上的“徑向載荷”,但是在這裡,我們可以理論上認為,這是一個等效的軸承載荷。
圖1所示為我們通常比較好了解的受力情況,軸承承受較大的徑向載荷,而軸向載荷的值較小;
圖2則反映的是另外一種情況,尤其是在垂直軸的應用中,軸承所承受的軸向載荷遠大于徑向載荷(大于某個特定的比例,在後續的文章中會詳細介紹)。
在各軸承生産商的型錄裡,都會對軸承的當量動負荷(P)的計算有明确的公式,
針對圖1的受力情況:
針對圖2的受力情況:
我們以型号為22224的某品牌的調心滾子軸承(軸承的字尾不影響計算參數),來看這幾個參數的值:
(注:由于軸承的生産商不同,上述表格裡的資料會有略微差異,實際使用時請咨詢您的軸承供應商,以擷取準确的資料。)
從公式和資料,就可以看出,其實我在等效軸承所受的聯合載荷時,是已經考慮到了軸向力在當量負荷中所起到的作用。
當軸承承受的軸向力較大時,從公式2就可以看出,在整個當量動負荷中,徑向力所占的比例,或者說徑向力對當量負荷的影響下降了三分之一,以這個22224為例,軸向力的影響則大了非常多。
是以,從理論上來看,在計算疲勞壽命時,我們已經完全考慮了軸向力的影響,那為什麼實際軸承運作的表現好想跟理論上的結論不太負荷呢?
這是因為,我們看到的實際的結果是軸承的使用壽命,而這個使用壽命,除了載荷以外,還受到更多的因素的影響。類似于潤滑,安裝等等其他軸承也會受到的因素不提,我們就看球面滾子軸承,在軸向載荷過大的情況下,還有什麼會導緻軸承的使用壽命偏低呢?
- 單列受載,
- 不受載一列滾動體的滑動
- 不受載一列滾動體未達到最小負荷
- 軸向載荷對壽命的其他影響
上述問題都是在軸向載荷過大時,會出現在球面滾子軸承中,導緻軸承失效、噪聲偏高等等一系列問題的原因,而這些問題到底是如何産生的,又并有什麼危害,我們在後續的文章中再跟大家一一的詳細說明。