角接触球轴承套圈挡边的设计.docx

角接触球轴承套圈挡边的设计洛阳轴承研究所 (河南洛阳471039)姜韶峰【ABSTRACT】Using the Hertz contact deformation theory , the min. rib height of angular contactball bearing under axial load and controlled contact stress is calculated. The calculation formula is listed.角接触球轴承既可以承受径向载荷 ,又可以承受一定的轴向载荷。轴承在外载作用下 ,滚动 体与滚道之间形成一接触椭圆 ,椭圆大小随载荷 的改变而变化。当轴承承受较大的轴向载荷时 , 如果套圈挡边尺寸不合适 ,滚动体与滚道之间形 成的接触椭圆会达到甚至超越挡边 ,此时接触区 域形成应力集中 ,轴承旋转时内部摩擦磨损加剧 , 处于不稳定的工作状态 ,轴承无法正常使用 。因 此 ,必须根据工况条件合理设计轴承的挡边尺寸 。在角接触球轴承设计中 ,套圈挡边直径一般 采用以下方法进行计算 :圈沟曲率系数等主参数 ,还要考虑轴承的工况条件 ,如外加载荷 、极限转速以及轴承的许用接触应 力等 。下面假定在承受轴向载荷 、控制接触应力的 情况下 ,对角接触球轴承套圈挡边进行设计计算 。表 1 ki 、ke 值(1)(2)d2 = d1 + ki DwD2 = De - ke Dw式中d2 、D2di 、Deki 、ke内、外圈挡边直径内、外圈沟道直径 内、外圈挡边系数 ,根据轴承的 结构特点、尺寸系列和工况条 件等选取一经验值 。目前轴承 行业广泛采用的角接触球轴承 设计方法中推荐的 ki 、ke 值按 表 1 选取钢球直径赫兹接触应力与变形的计算根据赫兹理论 ,滚动轴承在外载作用下 ,滚动 体与套圈滚道之间接触应力 P0 的计算方法如 下 :1 3 Q P0 =(3)2ab式中外加载荷接触椭圆长半轴QaDw31 - 21 - 2显然 ,用以上方法计算得到的结果仅仅是一经验值 ,而不是最优值 。要精确计算套圈挡边直 径的最优值 ,不仅要考虑轴承的接触角、球径 、套 3 Q 12(4)a =ma+2 E1E2接触椭圆短半轴bSNFA 公司. Super Precision Bearing.万长森. 滚动轴承的分析方法. 北京 : 机械工业出版 社 ,1987.郑艳萍. 高速精密角接触球轴承预载荷研究. 洛阳工 学院硕士学位论文 ,2000.的技术参数、工况条件和计算方法掌握的越准确 ,才能将卸载载荷计算得更精确 。456参考文献1 余 俊. 滚动轴承计算. 北京 :高等教育出版社 ,1993.2 Harris T A. Rolling Bearing Analysis ,2nd ed. ,John Willey & Sons ,1984.3 戴 曙等. 机床滚动轴承应用手册. 北京 : 机械工业出版社 ,1993.第一作者 :杨晓蔚总工程师、教授级高级工程师( 收稿日期 :2001 - 06 - 27)( 编辑 :张 葵)4 接触角15、2540尺寸系列(1) 0(0) 2 、(0) 3(0) 2 、(0) 3k i0 . 35d 25 mm :0 . 35d 25 mm :0 . 400 . 65ke0 . 35d 25 mm :0 . 35d 25 mm :0 . 400 . 60轴承2002. . 331 - 2 1 - 2 3 Q 12(5)b =mb+E1E22 ma 、mb与椭圆偏心率有关的系数两弹性接触体的主曲率和 两弹性接触体材料的泊松比 两弹性接触体材料的弹性模量1 、2E1 、E2将 (4) 、(5) 式代入 (3) 式整理得图 1 接触角的变化 (ma mb ) 3 = 2Q3( ) 2O O co s = O O co s(13)i ei e1 - 2 1 - 22式中R 、R内 、外圈沟半径内 、外圈沟曲率系数 内外圈滚道与滚动体沿接触线 的法向总弹性趋近量123i e+(6)P0E1E2f i 、f e设变为P0 = (轴承的许用接触应力) ,则 (6) 式n(ma mb )32A = f i + f e - 1(14)( ) 2Qmax= 3若用下标i 、e 分别代表内圈和外圈 ,i 、e1 - 21 - 22分别表示内圈和外圈滚道与滚动体沿接触线的法向弹性趋近量 ,并将 (10) 式代入 ,则有下式 :123(7)+E1E2若令= i +ne31 - 21 - 22321 - 121 - 222122 Ki ( e)=C = ma mb则 (7) 式变为(8) 1 3+ii2i3+Q+EEm1282EE1 i2 iai32221 - 1 e1 - 2 e2 Ke ( e) 1 3 C 3 32Q+maee(9)82Qmax=E1 eE2 e( ) 2(15)由赫兹理论 ,两接触体弹性趋近量令32 K( e) 11 - 1 1 - 2+2223 32221 - 1 i1 - i2 Ki ( e) =2 Q(10) 1 32(6)Ci= m+1ma82E1E282EEai1 i2 i31 - 21 - 222 Ke ( e) 1 31 e2 e(17)=+Cem ae式中第一类完全椭圆积分82E1 eE2 eK( e)则 (15) 式变为显然 ,根据最大外加载荷 Qmax 即可计算出滚动体与套圈接触的法向总趋近量max 。3322ie= CiQ+CeQn- 13 23()= KD w Q18轴承接触角的变化轴承的接触角在外加载荷的作用下会随着载 荷的大小而发生变化 。设轴承的初始接触角为,在纯轴向载荷 Fa作用下 ,其接触角的变化如图 1 所示 。Oi 、Oe 分233i Dwe Dw(19)K = Ci+Ce根据 (11) 、(12) 、(14) 和 (18) 式 ,由 (13) 式得co sco s=(20) K - 43 231 + A D w Q别是载荷作用前内 、外圈沟曲率中心 , Oi 是在 Fa将 (9) 式代入 (20) 式得作用下内圈轴向移动后沟曲率中心 ,是在 F 作co saco s=(21)22C 用下轴承的接触角 。由图 1 可得到 :Oi Oe = Ri + Re - Dw= f i Dw + f e Dw - Dw = ADw1 + K 43A( Dw )由此可求出在轴向载荷作用下轴承的实际接(11)(12)。触角Oi Oe = Oi Oe + n = ADw + n5 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 轴承2002. . 3挡边直径 。套圈挡边高度的确定轴承在载荷作用下 ,球与套圈滚道间形成接 触椭圆 ,如图 2 所示。当挡边高度取适当值时 ,可 以使接触椭圆的边界正好落在挡边边缘 ,这时有3结论通过以上分析可以看出 ,若精确地设计计算 角接触球轴承的挡边是十分繁琐的 ,不仅需要知 道轴承的工况条件 ,进行大量的理论推算 ,甚至还 需借助计算机才能得到准确值 。因此 ,为方便计 算 ,在设计角接触球轴承的挡边时 ,一般采用 ( 1) 和 ( 2) 式的计算方法 , 挡边系数 Ki 、Ke 根据估算 及经验按轴承尺寸系列及接触角的不同选取不同 的值 。这种方法虽然不甚精确 ,挡边高度一般要 偏大 ,但设计方法简便 ,并可满足产品要求 。4 = + (22)式中挡边边缘与滚道中心线之间的夹角载荷作用下轴承的接触角 接触椭圆长半轴与钢球中心所对应 的中心角参考文献角接触球轴承设计方法. 洛阳轴承研究所 ,1989. 万长森. 滚动轴承的分析方法. 机械工业出版社 ,1987. 作者 :姜韶峰产品开发部高级工程师( 收稿日期 :2001 - 06 - 06)( 编辑 :张 葵)12图 2 接触椭圆由图 2 看出下期主要内容预告(以刊出为准)sin 2 a(23)Dw在 (4) 式中 ,令3Ca = ma李科 ,王伟 ,王路军等. BJ 型等速万向节结构设计与应力计算姜韶峰. 高速机床主轴轴承及其应用唐本立. 热带钢连轧机工作辊密封轴承的应用 蔡亚新. 双半内圈型双列角接触球轴承设计 李颖辉. 滚动轴承冷加工工艺 CAPP 系统的设计 潘淑芳 ,李作田 ,李树汉. 曲面车削装置夏新涛 ,王中宇 ,周福章. 汽车离合器轴承热处理 变形数据分析方法研究廖先禄 ,郭力 ,李波. 新型高速液体动静压轴 承的温升机理陈玲. 高速镦锻机用圆锥轴承套圈塔锻模具 杨晓蔚. 国外低噪声轴承技术发展黄贵乾 ,邓四二 ,腾弘飞. 滚动轴承系统仿真技术 的现状及发展张葵 ,杨咸启 ,杜迎辉. 轴承杂志计算机数据库 及管理系统孟繁侠. 坚持技术创新推动轴承工业发展王令文摘译 ,李世珍校. 滚动轴承工作表面布氏压 痕机理1 - 21 - 2312(24)+2EE123 Q 则(25)a = Ca将 (9) 式代入 (25) 式得 Ca C (26)a =将 (26) 式代入 (23) 式得sin 2 Ca C (27)Dw由图 2 还可看出 Dw-hmin2co s(28) Dw2可得到 1co s) Dwhmin 2 (1 -(29)显然由 ( 21) 、( 22) 、( 23) 、( 26) 以及 ( 29) 式即可求出轴承套圈最小挡边高度 ,从而计算出套圈6 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 轴承2002. . 3本 期 内容 摘 要杨晓蔚 ,马胜钢 ,郑艳萍. 组配角接触球轴承卸载载荷的精确计算. 轴承 ,2002 (3) :14在对组配角接触球轴承的载荷 变形进行分析的基 础上 ,给出了卸载载荷的精确计算公式 ,以及一些相关参 数的精确计算方法 。附图 1 幅 ,表 1 个 ,参考文献 6 篇 。叙词 :角接触球轴承 载荷 卸载 计算效地提高轴承零件热处理的质量和可靠性 。附图 1 幅 ,表2 个 ,参考文献 5 篇 。叙词 :零件 淬火油 淬火 冷却 性能王江山 ,刘兆红. 冷镦滚子毛坯压型质量综合分析.轴承 ,2002 (3) :1617冷镦成型工序直接影响滚子质量 。对滚子冷镦成型 中的一些常见缺陷进行分析 ,并采取相应措施 ,提高冷镦 模具质量 。附图 6 幅 。叙词 :滚子 冷镦 质量 模具姜韶峰. 角接触球轴承套圈挡边的设计. 轴承 , 2002(3) :46利用赫兹的接触变形理论 , 对角接触球轴承的套圈 最小挡边高度在承受轴向载荷 、控制接触应力的情况下 进行了理论计算 ,并给出了计算公式 。附图 2 幅 ,表 1 个 , 参考文献 2 篇 。刘志英 ,李艳红. 推力调心滚子轴承座圈滚道位置分析. 轴承 ,2002 (3) :1819推力调心滚子轴承座圈滚道在磨加工时存在滚道位 置x 测量值不稳定 ,分析可知 ,半径 R 、中心高 H 和滚道 直径尺寸等因素均会对滚道位置x 产生很大影响。而 工艺规定 VDep 、沟形样板 、斜向圆跳动已控制了滚道的形 状与精度 ,能够满足产品要求 。所以在工艺中可以取消 滚道位置x 的控制 。附图 3 幅 ,表 3 个 。叙词 :推力轴承 调心滚子轴承 座圈 滚道 磨 削 加工 尺寸 误差叙词 :角接触球轴承套圈 挡边 高度 计算王路军 ,郭亚利 , 李的分析. 轴承 ,2002 (3) :7科. 交叉槽式万向节滞点原因LJ 113 交叉槽式万向节 ,滑移端在转动内圈形成轴间角过程中出现滞点现象 。分析其原因是沟道和平面 A 不 垂直 ,形成一个角度 ,且这个角度不固定 。通过维修和调 整电主轴 ,最终使滑移端在转动过程中消除了滞点现象 。 附图 1 幅 ,表 1 个 。叙词 :万向节 转动 分析韩志根 ,马火金 , 於文德等. 辊底式快速等温球化连续退火炉及其工艺. 轴承 ,2002 (3) :2021辊底式油电复合加热快速等温球化连续退火炉具有 快速等温球化退火工艺规程 , 保证金相显微组织级别明 显改善 ,有利于切削加工 ,使最终热处理成品质量提高 。 附图 1 幅 ,表 2 个 。叙词 :等温退火 球化退火 退火炉张永乾 ,陈志军 ,孙永安. 高精度陶瓷球研磨加工. 轴承 ,2002 (3) :811介绍了几种陶瓷球的加工方法和技术特点 , 并进行 了比较分析 ,指出各种方法的适用性 。详细阐述陶瓷球 加工工艺流程 、批量加工技术和在线检测及质量控制 ,陶 瓷球精度可达 G10 或 G5 级 。附图 4 幅 ,表 4 个 ,参考文献3 篇 。叙词 :陶瓷球 加工 精度 工艺王 卓 ,田振华 , 赵丁选. 滚动轴承的振动监测与故障诊断系统研究. 轴承 ,2002 (3) :2224论述滚动轴承的振动监测与故障诊断的原理 、方法 和系统 。采用振动监测系统对滚动轴承进行巡回在线监 测 ,发现故障后发出声光警告