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如何算轴承的弯矩

发布时间:2023-02-05 20:38:26

1. 轴的强度计算

轴的强度计算,尤其是转轴和心轴的强度计算,通常是在初步完成轴的结构设计之后进行的。对于不同受载和应力性质的轴,应采用不同的计算方法。其中传动轴按扭转强度计算;心轴按弯曲强度计算;转轴按弯扭合成强度进行计算。

1.传动轴的强度计算

传动轴工作时受扭,由材料力学知,圆截面轴的抗扭强度条件为

液压动力头岩心钻机设计与使用

计算轴的直径时,式(2-13)可以写成

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中:τT为轴的扭应力,MPa;T为轴传递的转矩,N·mm;WT为轴的抗扭截面系数,mm3;P为轴传递的功率,kW;n为轴的转速,r/min;d为轴的直径,mm;[τ]T为轴材料的许用扭应力,MPa,见表2-8;C为与轴材料有关的系数,见表2-8。

表2-8 轴常用材料的[τ]T值和C值

注:1.当弯矩作用相对于转矩很小或只传递转矩时,[τ]T取较大值,C取较小值;反之,[τ]T取较小值,C取较大值。

2.当用35SiMn钢时,[τ]T取较小值,C取较大值。

按式(2-14)求得的直径,还应考虑轴上键槽会削弱轴的强度。一般情况下,开一个键槽,轴径应增大3%;开两个键槽,增大7%,然后取标准直径。

在转轴的设计中,常用式(2-14)作结构设计前轴径的初步估算,把估算的直径作为轴上受扭段的最细直径(有时也可作轴的最细直径)。对于弯矩的影响,常采用降低许用扭应力的方法予以修正,见表2-8注。

2.心轴的强度计算

在一般情况下,作用在轴上的载荷方向不变,故心轴的抗弯强度条件为

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计算轴的直径时,式(2-15)可以写成

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中:d为轴的计算直径,mm;M为作用在轴上的弯矩,N·mm;W为轴的抗弯截面系数,mm3;[σ]W为轴材料的许用弯曲应力,MPa。轴固定时,若载荷长期作用,取静应力状态下的许用弯曲应力[σ+1W;若载荷时有时无,取脉动循环的许用弯曲应力[σ0W。轴转动时,取对称循环的许用弯曲应力[σ-1W。[σ+1W、[σ0W、[σ-1W取值见表2-9。

表2-9 轴的许用弯曲应力(MPa)

注:σb为材料抗拉强度。

3.转轴的强度计算

转轴的结构设计初步完成后,轴的支点位置及轴上所受载荷的大小、方向和作用点均为已知。此时,即可求出轴的支承反力,画出弯矩图和转矩图,按弯曲和扭转合成强度条件计算轴的直径。

轴的支点位置,对于滑动轴承和滚动轴承都不全是在轴承宽度的中点上,其中滑动轴承可按表2-10确定,滚动轴承可查轴承样本或有关手册。但是,为了简化计算,通常均可将支点位置取在轴承宽度的中点上。

表2-10 滑动轴承支点位置的确定

由弯矩图和转矩图可初步判断轴的危险截面。根据危险截面上产生的弯曲应力σW和扭应力为τT,可用第三强度理论求出钢制轴在复合应力作用下危险截面的当量弯曲应力σeW,其强度条件为

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对于一般转轴,σW为对称循环变应力;而τT的循环特性则随转矩T的性质而定。考虑弯曲应力与扭应力变化情况的差异,将上式中的转矩T乘以校正系数α,即

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中:Me为当量弯矩, α为应力校正系数,对于不变的转矩,取 对于脉动循环的转矩, 对于对称循环的转矩,取 为脉动循环时材料的许用弯曲应力,见表2-9。

计算轴的直径时,式(2-16)可以写成

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中:d为轴的计算直径,mm;Me为当量弯矩,N·mm;[σ-1W为对称循环下的材料的许用弯曲应力,MPa。

轴上有键槽时,为了补偿对轴强度的削弱,按式(2-19)求得的直径应增大4%~7%,单键槽时取较小值,双键槽时取较大值。

综上所述,常用转轴的设计步骤是:先按照转矩估算轴径,作为轴上受扭段的最细直径;再按照结构设计的要求,进行轴的初步结构设计,确定轴的外形和尺寸;然后按弯扭合成强度条件校核轴的直径。若初定轴的直径较小,不能满足强度要求,则需修改结构设计,直到满足强度要求为止;若初定轴的直径较大,一般先不修改设计,通常是在计算完轴承后再综合考虑是否修改设计。

对于一般用途的轴,按照上述方法设计计算即能满足使用要求。对于重要的轴,尚须考虑应力集中、表面状态以及尺寸的影响,用安全系数法作进一步的强度校核,其计算方法见有关机械设计教材或参考书。

2. 轴与轴承的转矩如何计算

轴承的力矩一般以实测值为准,将你的预计扭矩值告诉厂家,厂家可以通过调节隔离块、滚子等,来达到控制启动力矩的目标。

3. 求助,关于直线轴承的受弯矩的计算

设:梁长L;均布荷载Q;跨中最大弯矩M.
取跨中为平衡点,此时有:
支座反力:大小为QL/2,方向向上(为正),作用点距离L/2.
半跨均布荷载:大小QL/2,方向向下(为负),作用点距离L/4.取矩则有:
M=QL/2*L/2(支座反力作用)-QL/2*L/4(半跨均布荷载作用)=1/8*QL2.

4. 轴承驱动力矩的计算

具体情况需要具体分析。

一般情况下,轴承的摩擦力矩都可以在样本中查询到。这取决于滚动体的类型,球轴承摩擦力矩就要比圆锥滚子或者滚针轴承小。同时还要考虑轴承安装的预紧,润滑等。以上是轴承的摩擦力矩。

关于驱动系统转动需要的力矩,相对要复杂一些。
对于高精度高速度的直接驱动系统,您仅仅需要了解负载的转动惯量和角加速度,就可以计算出来需要的力矩。即:需要的驱动力矩(Nm)=角加速度(Rad/s)*转动惯量(kgm^2)。
对于普通的涡轮蜗杆传动,就要复杂一些,除了要考虑负载的转动惯量和角加速度,还要看您选用的产品所具有的传动比带来的摩擦力矩等因素了。

5. 轴承的摩擦力矩怎么计算

计算滚动轴承摩擦力矩的其中一种方法是将摩擦力矩分成独立的部分,包括不受负荷影响的力矩M0和与取决于负荷的力矩M1,然后把两者相加起来,得出: M=M0+M1 这种方法沿用至今。但如果不仅考虑负荷的因素,而是根据导致摩擦的根本原因来详细分析,则可给出更准确的计算方法。实际上,M0表示的是符合以外的摩擦,如果加上滚动摩擦中流体动力的分量,也变成有与负荷相关的部分。 要更准确地计算滚动轴承的摩擦力矩,必须考虑四个不同导致摩擦的原因 M=Mrr+Msl+Mseal+Mdrag 式中 M=总摩擦力矩,Nmm Mrr=滚动摩擦力矩,Nmm Msl=滑动摩擦力矩,Nmm Mseal=密封件的摩擦力矩,Nmm Mdrag=由于拖曳损伤、涡流和飞溅等导致的摩擦力矩,Nmm 这种新方法确定发生在轴承中每种导致摩擦的原因并可将这些因素结合起来。此外,还可根据需要,加入密封件和其它额外原因导致的摩擦来计算总摩擦力矩。由于这个模型是把每一个接触部分(滚道和挡边)分别考虑,因此有便于改变设计和改进表面质量的工作,而且更能将SKF轴承设计中的改进体现出来。这个模型也较容易更新。

6. 轴承的计算公式

内径代号:一般情况下轴承内径用轴承内径代号(基本代号的后两位数)×5=内径(mm),例:轴承6204的内径是04×5=20mm 。

常见特殊情况:

一 当轴承内径小于20mm

轴承内径尺寸为(mm)
10
12
15
17

对应内径代号为
00
01
02
03

二 当轴承内径小于10mm,直接用基本代号的最后一位表示轴承内径尺寸;例:轴承608Z,用基本代号‘608’的最后一位8作内径尺寸,轴承608Z的内径为8mm。以此类推627的内径为7mm,634的内径为4mm。

三 轴承的内径不是5的倍数或者大于等于500mm,内径代号用斜杠‘/’隔开。另一种情况:有部分滚针轴承旧代号内径代号直接用‘/’隔开。这几种情况‘/’后边的几位数值为轴承内径尺寸。见下表示例:

轴承型号
619/1.5
62/22
60/500
3519/1120
7943/25

内径尺寸(mm)
1.5
22
500

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