角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷计算技巧

（1）角接触轴承的内部轴向力

角接触球轴承和圆锥滚子轴承承受径向载荷Fr 时（见图12.8），由于滚动体与滚道之间有一接触角α，外圈对滚动体产生的法向反力将分解为F′r 和FS，F′r 与Fr 相平衡，而FS 是由于径向载荷在轴承内部产生的，称为轴承的内部（派生）轴向力。

内部轴向力FS 的大小按表12.15 计算，其方向由轴承外圈宽边指向窄边。

图12.8　径向载荷产生的派生轴向

表12.15　角接触球轴承和圆锥滚子轴承内部轴向力FS

注：Y 是时的轴向系数，参见表12.12。

（2）角接触轴承轴向力Fa 的计算

计算角接触轴承的轴向载荷Fa 时，需将由径向载荷产生的派生的内部轴向力FS 考虑进去。同时，还要考虑到安装方式的影响。为了使派生轴向力相互抵消，角接触轴承常成对使用。轴承安装方式有反装和正装两种。如图12.9（a）所示为正装，两轴承外圈窄边相对，轴的实际支点偏向两支点内侧；如图12.9（b）所示为反装，两轴承外圈宽边相对，轴的实际支点偏向两支点外侧，这种安装结构简单，装拆方便。

在图12.9 中，轴上受到径向载荷FR和轴向载荷FA 作用，Fr1、Fr2为两轴承受到外部的径向载荷（即径向支反力），支反力分别引起的内部轴向力FS1和FS2。因此，轴承上所受的轴向载荷情况需进一步分析和计算。其计算过程如下：

图12.9　角接触球轴承的安装方式及受力分析

①作受力简图，判别两端轴承的派生轴向力FS 的方向，并给轴承编号。

②由外部的径向载荷FR计算轴承径向载荷Fr1和Fr2，再由Fr1、Fr2 计算派生轴向力FS1和FS2。

③计算轴承的轴向载荷Fa1和Fa2。

若FA+FS2≥FS1，如图12.9（a）所示，轴有向左移动的趋势，轴承1 被端盖顶住而压紧，轴承1 上将受到向左移动的平衡力F′S1作用，而轴承2 则被放松。轴与轴承组件轴向受力平衡，则F′S1+FS1=FS2+FA，由此推得作用在轴承1 上的轴向力

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放松端轴承2 所受的轴向载荷为

若FA+FS2<FS1，（见图12.9（a）），轴将有向右移动的趋势，右端轴承1 被“放松”，而左端轴承2 被“压紧”。同理，可推得

综上所述，计算轴承轴向载荷的关键是判断哪端轴承是“压紧”端轴承，哪一段轴承是“放松”端轴承。“放松”端轴承的轴向载荷等于其派生轴向力；“压紧”端轴承的轴向载荷等于除去本身内部轴向力外，其余所有轴向力的代数和。

【任务描述】

一工程机械的传动装置中，根据工作条件决定采用一对向心角接触轴承，如图12.10 所示，并初选轴承型号为7211AC 角接触球轴承。已知轴承1 所受的径向载荷为Fr1=3 300 N，轴承2 所受径向载荷Fr2=1 000 N，轴向外载荷FA=900 N，轴的转速n=1 750 r/min，运转中受中等冲击，预期寿命[Lh]=10 000 h，常温下工作，试问所选轴承型号是否恰当？

图12.10　轴承受力图

【任务分析】

角接触滚动轴承寿命计算的步骤：

①计算轴承轴向力Fa。

②计算当量动载荷P。

③计算轴承寿命Lh。

【任务实施】

设计计算过程见表12.16。

表12.16　设计计算过程