径向载荷和角偏斜作用下角接触球轴承打滑分析( 三 )

图5 轴向预紧力和转速对接触角的影响

图6 球的接触力和离心力
2.2 径向和轴向联合载荷的影响径向受载角接触球轴承的球与沟道间的接触载荷随着位置角的变化而变化，因此应对单个球的打滑系数进行仿真分析。为了研究径向受载角接触球轴承打滑行为，径向载荷取0～500 N 。假定轴承无偏斜且通过250和300 N的恒定预紧力进行了预紧。径向载荷对以5 000 r/min运转的角接触球轴承打滑行为的影响如图7所示。观察到当施加的径向载荷超过某个极限值时，在180°位置角附近出现打滑区域，即灰色阴影区域所示的轴承顶部。径向载荷的增加导致打滑区域的增大，这是由于在径向载荷下相应位置的球与沟道间的接触力减小。较高的轴向预紧力可减小打滑区域，如对于250 N的预紧力，径向载荷大于110 N时开始发生打滑(图7a) ，而对于300 N的预紧力，径向载荷约200 N时开始发生打滑(图7b) 。

图7 径向受载角接触球轴承(n=5 000 r/min)的打滑区域为了研究在径向和轴向联合载荷下角接触球轴承中单个球的打滑行为，转速为5 000和6 000 r/min时确定球的打滑临界曲线分别图8a和图8b所示。打滑临界曲线上的每个点表示球的打滑系数达到临界值10.0时(如(3)式所示)所施加的径向和轴向载荷。因此，位于球的打滑临界曲线右侧的点所对应的载荷可避免指定球打滑。由于轴承关于轴的内在对称性，仅绘制了轴承的一半球(即1#～9#球)的打滑临界曲线。所有的线在径向载荷为零时都收敛为一个点，因为在无径向载荷(即在纯轴向载荷)的情况下，所有球承受相同的载荷。

图8 角接触球轴承中每个球的打滑临界曲线图8进一步表明随着径向载荷的增加，避免轴承底部的球(如1# ， 2#和3#球)打滑所需的轴向载荷趋于减少。相反地，轴承顶部的球(如7# ， 8#和9#球)所需的轴向载荷趋于增加。这些结果与图7所示的打滑区域一致。为了避免所有球打滑，应选择图8中的区域A内施加的载荷。此外，打滑临界曲线随着转速的提高而向右移动，这意味着无打滑区域减小，如图8b所示。
2.3 角偏斜的影响偏斜是滚动轴承应用中的常见问题，初始安装误差是轴承偏斜的常见原因之一。实际上，尽管轴承安装正确，由于载荷作用下轴的弹性弯曲，在运转过程中轴承仍会发生偏斜，从而影响轴承的力学性能(如疲劳寿命、刚度和机械磨损) 。然而，很少提及偏斜对轴承打滑的不良影响。 2.3.1 轴向受载轴承0～3 mrad变化的角偏斜对角接触球轴承打滑的影响如图9所示。轴承通过250和300 N的恒定轴向预紧力预紧，转速取5 000 r/min 。角偏斜的增大显然会引起轴承打滑的增加，这是因为偏斜的发生会重新分配球的接触力，该问题早已在文献[22-24
中广泛讨论过。如图9所示，角偏斜未超过1 mrad时，在中等的预紧力和转速下可避免打滑，这表明B7007C轴承在允许角偏斜为1 mrad时可避免在一般情况下打滑。还需注意的是，增加预紧力可减小打滑区域，如图9所示。

图9 角偏斜对角接触球轴承(n=5 000 r/min)打滑的影响预紧方式可显著影响轴承载荷分布，进而影响打滑行为，尤其是在轴承角偏斜的情况下。除了定压预紧外，实际中常用的另一种方式是刚性或定位预紧，通过使用插入的垫片或锁紧螺母使轴承内、外圈间产生一定量的相对位移。为了与定压预紧进行比较，将定位预紧设置在15.55 μm处，在无偏斜状态下产生相同大小的250 N预紧力。角偏斜对通过定位预紧的角接触球轴承打滑的影响如图10所示。有趣的是，即使在较大的角偏斜下，定位预紧方式也可避免打滑。这是因为定位预紧会产生轴向载荷和力矩载荷，如图11所示。

图10 角偏斜对定位预紧的角接触球轴承(δz=15.55 μm ， n=5 000 r/min)打滑的影响

图11 角偏斜对定位预紧的角接触球轴承(δz=15.55 μm ， n=5 000 r/min)载荷的影响2.3.2 径向受载轴承转速为5 000 r/min、恒定轴向预紧力为300 N时，径向载荷和角偏斜对角接触球轴承打滑行为的影响如图12所示。在偏斜小时， 180°位置角附近存在1个打滑区域。角偏斜的增大导致90°和270°位置角附近形成2个打滑区域。由于转速保持5 000 r/min不变，因此球的接触力和接触角是导致打滑情况发生变化的2种主要因素。球与内沟道间的接触力如图13所示，发现90°和270°位置角附近的接触力随着径向载荷的增加而减小，这表明形成了2个相应的打滑区域，如图12所示。

径向载荷和角偏斜作用下角接触球轴承打滑分析( 三 )

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