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2:1法则-滑动轴承选型的黄金定律


[中崋轴承网] 2020/5/26 作者:中崋轴承网

当我们在做机械设计的时候,轴承是必不可少的零件,对于不同的设计结构和设计需求,我们会有针对性地进行不同的设计选型!

有工程师习惯了选用滚动轴承,有工程师愿意用滑动轴承,也有工程师愿意尝试一些新产品或特殊轴承。

本文主要介绍的是当你在选择滑动轴承的时候,需要注意的一个重要的设计原则:2:1法则。

下面我们来看一下,什么是2:1法则?为什么要特别注意这个法则?

什么是2:1法则?

2:1法则指的是驱动力的作用点到固定轴承端的距离不能超过固定轴承长度/间距的2倍。

如下图所示:

那为何会有这样的一种规则呢?

我们不妨来回忆一下很久以前学习的初中物理:力的平衡!

在力学系统里,一个物体在受到两个力作用时,如果能保持静止或匀速直线运动,我们就说物体处于平衡状态。使物体处于平衡状态的两个力叫做平衡力。这两个力的作用效果相互抵消(合力为0),我们就说这两个力平衡。

我们用一张图来做直观的解释:

其中:

Fa = 驱动力

f =  作用在轴上的力

F =  摩擦阻力 (f ·µ)

s =   两个轴承的间距

L =  驱动力力臂

µ =   摩擦系数

接下来,让我们一起重新回到初中课堂,来计算一下2:1是如何得出的。

当这个机构处于受力静止状态时,我们的力平衡算式应该是这样的:

f · s = L · Fa

也就是 L / s = f / Fa

摩擦阻力我们考虑的是整个作用在2个轴承上的力=2 · f

F=f · µ

如果(保持)摩擦力(2F)与驱动力(Fa)相似或高于驱动力(Fa),则这个机构是不会移动的,所以:

Fa = 2 ·F = 2 · f · µ

我们将Fa替换掉,得出如下算式

L / s = f /· (2 · f · µ) = 1 / (2 · µ)

经过简化后,得出最终算式:L / s = 1 /(2 · µ)

经过大量的实验室数据以及经验的积累,我们对于滑动摩擦运动,通常建议的摩擦系数是µ=0.25,所以将这个系数代入我们的算式,得出的结论就是:

L/S=2 -> 也就是我们所说的2:1 !!!


所以我们需要明白以下三点:

  1. 2:1法则,与载荷及驱动力是没有关系的,只和摩擦系数有关系!

  2. 2:1法则,需要参照的是固定轴承端,而不是浮动轴承端,浮动端只是辅助导向。

  3. 2:1法则,是基于0.25的摩擦系数,如果摩擦系数改变,那这个值也会改变

接下来,我们来做两道题,来进一步解释2:1法则!

题目1 (见下图)

摩擦系数:µ=0.25

驱动力:Fa=100N

按照上图,我们发现力臂L=150mm,轴承间距s=100mm,所以我们可以认为他们的比值是1.5:1,按照2:1的法则,这个结构是可以运行的,下面通过计算来验证!

具体计算如下:

按照力平衡(f · s = L · Fa)

我们可以知道作用在导轨上的力应该是f=(100x150)/100=150N

所以摩擦阻力是:F=150X0.25=37.5N, 2个轴承的阻力是75N

驱动力是Fa=100N,Fa>75N,所以这个系统可以运行!

题目2 (见下图)

摩擦系数:µ=0.25

驱动力:Fa=100N

按照上图,我们发现力臂L=250mm,轴承间距s=100mm,所以我们可以认为他们的比值是2.5:1,按照2:1的法则,这个结构是锁死的,不能运动,下面通过计算来验证!

具体计算如下:

按照力平衡(f · s = L · Fa)

我们可以知道作用在导轨上的力应该是f=(100x250)/100=250N

所以摩擦阻力是:F=250X0.25=62.5N, 2个轴承的阻力是125N

驱动力是Fa=100N,Fa<125N,所以这个系统锁死了,不能运动!

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标签:轴承数据

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