在一般的軸承選型綜合型錄里都有將軸承受力折算成當(dāng)量負(fù)荷的計(jì)算方法介紹，但是經(jīng)常沒(méi)有軸承受力計(jì)算的部分。最近經(jīng)常有工程師提問(wèn)關(guān)于軸承受力計(jì)算的問(wèn)題，因此撰文闡述。
軸承系統(tǒng)受力方向
一般的軸系統(tǒng)都是有兩個(gè)定位支點(diǎn)固定的，我們將一根軸的三維空間用三個(gè)相互垂直的空間坐標(biāo)軸描述：軸向a，徑向x，徑向y。其中軸向是和軸線(xiàn)方向一致的方向，x，y分別是軸系統(tǒng)徑向平面內(nèi)相互垂直的兩根坐標(biāo)軸。(徑向平面就是軸半徑圓所處的平面，與軸向平面相垂直)如下圖所示：
在這樣的坐標(biāo)系統(tǒng)下，軸承安裝在軸上，軸承半徑平面在上圖中的徑向平面上，因此軸承受到的力可以被分解為這三個(gè)方向上的分力。軸承在徑向平面上x(chóng)，y方向的力可以合成為一個(gè)徑向合力。通常對(duì)于軸承而言，進(jìn)行校核計(jì)算的時(shí)候，不論徑向合力在徑向平面上的那個(gè)角度上，對(duì)于一般的滾動(dòng)軸承而言，均可以接受，因此我們不太關(guān)心具體角度，所以也不必將這個(gè)力分解為x，y方向的，直接合成為徑向力Fr即可，同時(shí)對(duì)于軸向力我們用Fa表示。所以，在對(duì)軸承進(jìn)行受力分析的時(shí)候，一般計(jì)算出徑向力和軸向力即可。
軸承在軸系統(tǒng)中的受力分析方法
對(duì)于一個(gè)雙支點(diǎn)支撐的軸系統(tǒng)，可能受到各種方向的力，因此進(jìn)行受力分析之前，需要將各個(gè)方向的受力折算到x，y，a三個(gè)方向上，然后計(jì)算這三個(gè)平面上軸承的受力，最后將軸承徑向平面的受力合成為一個(gè)徑向負(fù)荷。這就是軸承受力分析的基本思路。
我們用一臺(tái)臥式電機(jī)受力舉例說(shuō)明。首先，對(duì)于一臺(tái)臥式電機(jī)而言，如果軸伸端存在一個(gè)徑向負(fù)荷，那么電機(jī)受力如圖所示，這個(gè)例子中我們將重力G和徑向負(fù)荷設(shè)置在同一個(gè)平面上，因此省去了合成的計(jì)算過(guò)程。在工程實(shí)際中，情況往往不同，那么就按照上述方法進(jìn)行里的分解合成，最終計(jì)算軸承受力：
此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子重力G作為徑向力存在，負(fù)荷與軸承的距離分別為a，b，c。軸系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，除了周向保持自由旋轉(zhuǎn)，其他方向全部穩(wěn)定，因此可以根據(jù)力矩平衡計(jì)算兩個(gè)軸承的受力。我們稱(chēng)左邊軸承為1號(hào)軸承，右邊為2號(hào)，以1號(hào)軸承為支點(diǎn)的力矩平衡方程為：
Fr×a=G×b-Fr2×(b+c)
因此可以計(jì)算右邊軸承的徑向負(fù)荷
Fr2=(G×b-Fr×a)/(b+c)
此時(shí)，F(xiàn)r1+Fr2=G+Fr。因此有Fr1=G+Fr-Fr2。
當(dāng)然，F(xiàn)r1也可以根據(jù)力矩平衡進(jìn)行計(jì)算。
電機(jī)中如有軸向力，則定位端軸承(左邊軸承)承受此軸向負(fù)荷，而右邊浮動(dòng)端軸承軸向負(fù)荷為0。
傾覆力矩
有工程師提問(wèn)關(guān)于傾覆力矩對(duì)軸承受力的影響，并且在資料里找不到計(jì)算方法，因此求助。我們依然觀(guān)察上面的例子，事實(shí)上徑向負(fù)荷Fr不僅是一個(gè)徑向負(fù)荷，徑向負(fù)荷Fr對(duì)于bc段軸系統(tǒng)而言，也構(gòu)成一個(gè)Fr×a的傾覆力矩。所以不難發(fā)現(xiàn)計(jì)算方法與上述計(jì)算無(wú)異。
在一些情況下的軸系統(tǒng)傾覆力矩是一對(duì)力偶矩。此時(shí)如果用一般的手工計(jì)算，默認(rèn)系統(tǒng)為剛性系統(tǒng)，此時(shí)力偶矩在自身所在平面上相互抵消。但是如果考慮系統(tǒng)撓性，那么情況就復(fù)雜的多，此時(shí)建議使用一些更高級(jí)的計(jì)算方法分析軸承受力，上述介紹的一般手算方式就不適合這種場(chǎng)合。
