轴向力有哪些 轴向力FAE作用下结构响应特性分析与优化设计研究 轴向力产生的原因

在机械工程领域,尤其是轴承设计与选型中,”FAE”通常指外加轴向载荷(Externally Applied Axial Force)。结合要求,下面内容是关于轴向力FAE的详细解读:

一、FAE的定义与影响

1. 基本概念

FAE是施加在轴承体系上的外部轴向载荷,例如齿轮啮合、传动轴推力或外部机械结构传递的轴向力。其路线与轴承中心轴平行,需与轴承内部派生轴向力(Fd)共同影响,确定实际受力情况。

2. 与派生轴向力(Fd)的关系

向心推力轴承(如角接触球轴承、圆锥滚子轴承)在承受径向力(Fr)时会因接触角产生派生轴向力Fd。FAE与Fd的叠加决定了轴承的最终轴向载荷:

  • 实际轴向力公式
  • [

    Fa = maxFd, Fae}

    ext或} Fa = Fae + Fd quad

    ext(根据轴承安装方式不同)}

    ]

    例如,角接触球轴承的Fd计算公式为:

    [

    Fd = Fr cdot

    an(alpha) quad

    ext(α为接触角)}

    ]

    当接触角α分别为15°、25°、40°时,Fd经验值约为0.5Fr、0.68Fr、1.14Fr。

    二、FAE的计算与平衡分析

    1. 轴向平衡条件

    轴系在外力FAE与派生力Fd1、Fd2的共同影响下需满足平衡方程:

    [

    Fae + Fd2 = Fd1

    ]

    若平衡不满足,则需判断轴承的“压紧”与“放松”情形:

  • Fae + Fd2 > Fd1时,轴承1被压紧,其实际轴向力Fa1 = Fae + Fd2;轴承2仅受自身Fd2。
  • Fae + Fd2 < Fd1时,轴承2被压紧,Fa2 = Fd1
  • Fae;轴承1仅受自身Fd1。
  • 2. 安装方式的影响

    轴承的安装方式(面对面或背对背)会改变派生轴向力的路线,进而影响FAE的分配。例如,反装轴承时,Fd路线与FAE一致的一端需作为受力分析的基准点。

    三、工程应用中的关键考虑

    1. 接触角选择

    接触角α越大(如40°),轴承的轴向承载能力越强,但需权衡径向承载能力。设计中需结合具体工况(如高速旋转或重载)选择合适类型。

    2. 疲劳寿命计算

    轴向力FAE直接影响轴承的当量动载荷(P),进而影响寿命公式:

    [

    L_10} = left(fracC}P}right)^3 quad

    ext(球轴承)}

    ]

    其中C为轴承额定动载荷,需根据温度、润滑条件修正。

    3. 误差规避

  • 安装误差:传感器或轴承安装面需保持悬空,避免侧向力干扰轴向力测量。
  • 液压力影响:管柱类部件需考虑内外压力对轴向力的附加影响,避免传统模型未计入下端面液压力导致的误差。
  • 四、案例分析

    以斜齿轮轴系为例:

    1. 齿轮传递的轴向力Fae需与轴承派生力Fd1、Fd2叠加。

    2. 通过静力平衡确定各轴承的径向载荷Fr1、Fr2。

    3. 根据接触角计算Fd,结合安装路线判断实际轴向力Fa1、Fa2。

    五、扩展领域中的FAE术语

  • 三维力学传感器:FAE可指代Z轴路线的垂向力,需通过应变片与惠斯通电桥分离测量。
  • 建筑工程:在桩基设计中,”FAE”可能指单桩轴向容许承载力,需考虑摩擦阻力与土体参数。
  • 如需具体计算实例或进一步分析轴承选型,可参考NSK轴承手册或角接触球轴承设计指南。

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