减速机输入轴调心滚子轴承固定形式的分析与计算

  对于承受动态负荷的调心滚子轴承，其当量载荷计算公式为：当 Fy/Fr≤e 时，P=FrY1Fy；当 Fy/Fr＞e 时，P=0.67FrY2Fy。式中：Fr为轴承所承受的径向力；Fy为轴承所承受的轴向力，这两个力均来自轴上齿轮副的啮合传递的力，所以分析齿轮受力是最重要的一个环节；Y1、Y2和e值在轴承手册的产品表中能够查到（轴承厂家不同，数值略有差别）。从公式中能够正常的看到当量动载荷与轴承所受的轴向力和径向力有着紧密的联系。

  2）轴承受力分解。轴承受力大多数来源于于齿部啮合受力（本文主要讨论齿部受力，不考虑出轴的联轴器端受力），由于齿轮是斜齿轮，所以会产生轴向的分力，但无论轴承以何种方式固定，轴承都能分解为3个方向上的受力，即1个轴向分力Fy、2个径向分力Fx和Fz（Fr为Fx和Fz的径向合力），见图3。

  从表2中能够准确的看出：a.当顺时针旋转时，轴承1不承受轴向力，轴承2承受轴向力，轴承2的当量载荷远大于轴承1的当量载荷P，此时轴承2寿命要远远小于轴承1寿命；b.当逆时针旋转时，轴承1承受轴向力，轴承2不承受轴向力，轴承1和轴承2的当量载荷P差距很小，此时2个轴承的寿命差距不大，而此时的受力情况与“轴承固定形式一”中的逆时针方向是相同的。

  受力分析：由于轴承1内圈和外圈全部固定，所以，无论顺时针旋转还是逆时针旋转，斜齿轮所产生的轴向分力都被轴承1所承受，而轴承2外圈是浮动的，也就没有轴向力。

  轴承1和轴承2在顺时针和逆时针、在各个方向上所受的力及轴承寿命如表1所示。

  从表1中可是看出：a）轴向力的受力方向与输入轴转速和齿轮的螺旋角方向紧密相关；b）由于轴承1距离齿部较远，所以轴承1径向合力Fr比轴承2的径向合力小很多，这也是为什么把轴承1设计成内圈外圈固定，其主要是用来承受轴向力，所以无论是顺时针还是逆时针，两个轴承的受力相对均衡，即当量动载荷是均衡的，其寿命也是相对均衡的；c）轴承2外圈是浮动的，所以其所受的轴向力Fy无论顺时针还是逆时针都为0。

  调心滚子轴承在减速机中应用非常普遍，它的自调心能力使它在轴弯曲变形及轴与箱体之间有对中误差时的应用优势显著，可承受较高的径向载荷并具有承受2个方向的轴向载荷的能力。因为减速机的输入轴只有一处的啮合区域，且齿部区域正常情况下不会分布在中间，还是斜齿，这样就使2个轴承的受力存在比较大的差异，本文主要是针对这样的一种情况，通过一系列分析轴承的2种固定形式，结合输入轴旋转方向和斜齿轮的螺旋角方向，通过一系列分析和计算，在不同的使用工况下，合理选择轴承的固定形式。

  动载荷下滚动轴承的标准计算方式（DIN ISO 281）以材料的失效（出现点蚀）为轴承失效判据，轴承寿命公式为

  式中：Lh10为额定寿命，h；C为基本额定动载荷，kN，在轴承手册的产品表中能够查到（轴承厂家不同，数值略有差别）；P为当量动载荷，kN，根据轴承受力情况和轴承型号计算；10/3为调心滚子轴承的寿命指数；n为转速，r/min。

  此种轴承固定形式，一端固定一端浮动，无论旋转方式如何，无论齿部螺旋角方向如何，两个轴承的受力和寿命是相对来说还是比较均衡的，所以当减速机的输入轴的旋转方向不确定或双向旋转时，优先推荐使用此种轴承固定形式。

  ［2］ 齿轮手册编委会.齿轮手册［M］.北京：机械工业出版社，2006.

  轴承的寿命计算是减速机中最重要的校核之一。轴承的选择不单单是型号规格，其布置形式和固定形式也是影响轴承寿命的重要的因素，其固定形式又与齿部在轴上的相对位置、斜齿轮螺旋角方向和轴的旋转方向有着密切的联系，所以要求设计者在减速机的选型计算过程中，要考虑多方面关联因素，在减速机的使用工况范围内，合理布置和固定轴承，达到使用要求。

  此种轴承的固定形式，与输入轴旋向和齿轮螺旋角方向紧密关联，当输入轴的旋向要求单一方向时，轴承可选用此种固定形式，但斜齿轮螺旋角方向必须设计正确，一定要经过严谨的计算和校核；当输入轴的旋向要求双向时，其中一个方向为工作方向，另一个方向为非工作方向时Baidu Nhomakorabea也可选用此种固定形式，当然，齿轮螺旋角方向必须设计正确；所以，设计者需要从实际应用情况出发，结合减速机的结构布局，合理选择轴承的固定形式，设计时需谨慎选择、正确计算。

  2）轴承固定形式二：轴承1的内圈固定（通过定位套1和卡簧）、外圈的外侧通过定位套2固定，轴承2的内圈固定、外圈的外侧与定位套4之间有一个间隙C（0～2mm），该固定形式由于存在间隙C，在实际运转过程中，依据输入轴的旋向和齿轴的螺旋方向，整个轴系所承受的轴向受力或者向左或者向右，承受轴向力的轴承不是固定的，所以这个间隙C不一定在轴承两端，也有几率存在轴承的一端，结构示意图见图2。

  受力分析：由于轴承2与定位套4之间有一个轴向间隙C值，所以2个轴承的受力情况与齿部的螺旋角方向和输入轴旋向有密切的关系。也就是说，要么轴承1承受齿部的轴向分力，要么轴承2承受齿部的轴向力，2个轴承不可能同时承受该轴向力。

  轴承1和轴承2在顺时针和逆时针、在各个方向上所受的力及轴承寿命如表2所示。

  减速机的输入轴系最重要的包含：输入轴（轴上带齿部，齿部一般远离出轴端，输入轴一般称之为齿轴）、2个轴承分布于输入轴的两端、端盖与轴承外圈之间使用定位套轴向定位，轴承内圈使用卡簧或挡板固定。减速机输入轴的轴承分布通常有如下两种形式：

  1）轴承固定形式一：轴承1的内圈和外圈全部固定（通过定位套1、2、3和卡簧），轴承2内圈固定在轴上（通过挡板和螺栓）、外圈浮动。该固定形式轴承1概括为轴承1固定、轴承2浮动，结构示意图如图1所示（焊接箱体合箱面剖面图）。