径向载荷和角偏斜作用下角接触球轴承打滑分析( 四 )

图12 径向受载角接触球轴承(n=5 000 r/min)的打滑

图13 不同角偏斜下角接触球轴承(n=5 000 r/min ， Fx=300 N ， Fz=300 N)的球与内沟道间的接触力
2.4 非承载接触角的影响非承载(或初始)接触角是影响角接触球轴承承载能力的重要参数之一。为了得到更广泛的实际应用，即使是相同的角接触球轴承系列，也可设计为具有不同的非承载接触角。角接触球轴承的非承载接触角通常为15° ， 25° ， 30°和40° 。非承载接触角对角接触球轴承打滑影响的仿真结果如图14和15所示。纯轴向载荷下轴承打滑的仿真结果如图14所示。有趣的是，不受径向载荷作用时，在整个转速和轴向预紧力的范围内，非承载接触角对轴承打滑的影响很小。然而，在径向受载时，非承载接触角对轴承打滑的影响显著，如图15所示。观察到较大的非承载接触角会扩大打滑区域。因此，采用较小的非承载接触角可防止角接触球轴承在径向载荷下打滑。

图14 非承载接触角对不受径向载荷的角接触球轴承打滑的影响

图15 径向载荷下非承载接触角对角接触球轴承(n=5 000 r/min ， Fz=400 N)打滑的影响
3 结论提出一种通过采用 Hirano准则和拟静力学模型来预测角接触球轴承打滑的解析方法。基于该方法，考虑转速、联合载荷和角偏斜的影响，研究了角接触球轴承试样的打滑，分析了非承载接触角和预紧方式对打滑的影响。通过仿真和分析，得出以下结论：1)在一定转速下存在最小轴向预紧力，使角接触球轴承不发生打滑。随着转速的提高，所需的轴向预紧力呈非线性增加。球离心力增加和球与内沟道间的接触力减小是导致轴承打滑随着转速的提高而增加的2种主要因素。 2)径向载荷的增加会增大无偏斜轴承的打滑区域，该打滑区域出现在180°位置角附近。 3)角偏斜会使定压预紧的角接触球轴承出现打滑区域。当使用定位预紧时，角偏斜引起额外的轴向载荷，打滑区域不会增大。 4)当径向载荷施加于角偏斜角接触球轴承时， 90°和270°位置角附近存在2个可能的打滑区域。径向载荷的增加将增大打滑区域，这是由于相应位置角处球与内沟道间的接触力减小。 5)非承载接触角对轴向受载角接触球轴承打滑的影响不大。然而，对于径向受载角接触球轴承，非承载接触角显著增大打滑区域。附录内圈横截面的位移和接触载荷分别由图A.1a定义。

式中：{u取决于全局位移，即

变换矩阵为[Rφ
=

球的中心位移为

图A.1 球的平衡
包括球与沟道间的接触力、离心力和陀螺力矩的球载荷如图A.1b所示。球的平衡方程为

式中：λi和λe为陀螺力矩的分布参数。假设陀螺力矩对每个沟道的影响相等，即λi=λe=1 。球的离心力和陀螺力矩为

式中：节圆角β定义为球的轴承轴线与滚动轴之间的夹角，由简单的几何关系计算可得

球的公转速度和自转速度为

球的接触力由Hertz理论计算为

式中：Ki和Ke为接触常数，取决于接触处的材料和几何结构。根据图A.2所示的几何关系计算接触变形为

式中：下标e和i分别为外圈和内圈；下标0为初始值。内圈的接触载荷为

图A.2 加载前后球中心以及内、外圈沟曲率中心的位置由外部载荷和作用在内圈上的所有接触载荷之和得到轴承的整体平衡为

【径向载荷和角偏斜作用下角接触球轴承打滑分析】END

径向载荷和角偏斜作用下角接触球轴承打滑分析( 四 )

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