角接触球轴承计算方法

1、角接触球轴承设计方法1主题内容和适用范围本设计方法适用于外圏带琐口的特轻（1）、轻窄、中（3）窄系列的36000、46000型 及内、外圈均带琐口的轻（2）窄、中（3）窄系列的66000型角接触球轴承的产品设计.轴承名称新代号旧代号S719001006900分离型角接触球轴承S70006100S7200620071900c10369007000361007000AC461007200C36200角接触球轴承7200AC462007200B6620073000C363007300AC463007300B66300B7000C136100B7000AC146100锁口在内圈上的角接触球轴承B720

2、0C136200B7200A/DB123690071900C, DF133690071900C/D/DB2361007000C/DF (T)3(4)361007000AC/DB(F, T)2(3, 4)46100成对双联角接触球轴承7200C/DB(F, T)2 (3, 4) 362007200AC/DB(F, n2 (3, 4) 462007200B/DB(F, T)2 (3, 4) 662007300C/DB(F, T)2 (3, 4) 363007300AC/DB(F, T)2 (3, 4) 463007300B/DB(F, T)2 (

3、3, 4) 663002代号与含义KDW:钢球直径系数F0:轴承径向额定静负荷系数f c:轴承径向额定动负荷系数kd套圏挡边直径系数kt. 6 t :装配锁口髙度系数Kpi、kpe:内、外圈滚道直径系数£i、e e:实体保持架内、外径引导间隙kc :实体保持架内、外径系数3设计要点整篇文章把dn>0. 6x10%的称为髙速，dn>l. 8xlOA6的称为超髙速。结构形式优点缺点采用公司外圈单挡边、内 圈双挡边.保持 架外引导单挡边外圏有利于外圈沟道 多余润滑剂流出，不仅减小润滑 剂搅动摩擦.而且有利于降低接AJ.SKF-7000FAG-B7000NSK-7000GMN-S

4、6000外圈单挡边、内 圈双挡边，保持架内引导与上面相比，由于采刚内圈烈 挡边引导保持架，运动平稳。保持架内径减小，相 应钢球数减少，轴承 刚度减小，同时润滑 剂不易进入内圈沟该结构一般根少 采用GMNS6000TB内外圏均为单挡 边结构，保持架 外引导集中了单挡边内、外圏结构的 优点是超高速轴承首选结构保持架受力不平衡NSK. BNC 系列 SNFA.VE 系列 GMNSH6000内圏单挡边、外 圈双挡边，保持 架外引导保持架受力平衡，也适用于超 高 速运转与上述结构相比。外 圏沟道滞留过多润 滑剂，增加了搅动阻 力，不易带走摩擦 热工 M Zr< #丄YlSKF. 7000CCSNF

5、A-V系列 我国一 B7000系 列对要求髙刚性的高速应用场合，不宜采用内圏引导保持架结构和内圈可分离结构.3、1角接触球轴承的钢球公称直径、球数和中心圆直径在满足一定的约束条件下，使球轴承 尽可能获得最大的额定动负荷容量，但对于高速球轴承亦可适当减小球径、增加球数量.3、2角接触球轴承有双挡边的套圈和深沟球轴承相应规格的套圈应通用，但46100系列轴承 的套圈挡边直径按深沟球轴承设计方法取。3、3角接触球轴承内、外圈滚道曲率半径同深沟球轴承相应规格的套圈滚道曲率半径，但对 于高速轴承，其套圈滚道曲率半径系数可适当增大。3、4角接触球轴承通用深沟球轴承内圈时其保持架采用内引导，通用深沟球轴承外

6、圈时其保 持架采用外引导，高速轴承采用外引导。表b结构参数对髙速性和刚性的影响接触角a高速精密角接触球轴承，自炭滑动产身的摩擦力矩占轴承摩擦力矩组人比 例。减小a,有利于降低轴承发热，从而提高轴承的运转速度。因此，所有的轴 承制造商，超高速精密角接触球轴承只采用15。接触角，而25-接触角的精密角接钢球直径Dw减小单个钢球直径，仅对接触刚度系数产生微弱的影响但对一套轴承.而 言，意味着增加钢球个数，将显著增加轴承的径向、轴向刚度和角刚度。并有 利于减曲率半径门、 fe从减少摩擦、提高旋转速度方面而言，内周应尽量采用较大的门，而外圈 采用较小的fe。但e减小，不利于润滑剂带走摩擦热，门增大，将增

7、大自由状态预紧力的影响在不同的旋转速度F,都存在一个对应的最小预紧力，在大于最小预紧力 前提下，轴向预紧力越小，轴承的运转速度越高。在超高速应用场合，推荐采用样 本上给出的预紧载荷。fag公司给出了在轻、中、重预紧状态下的极限转速减小轴承精度SNFA公司样本给出精度等级为ABEC9 （P2,超高速）,ABEC7（P4,超精密级， 高速）,ABEc5（P5,精密级，高速）时，轴承极限转速系数分别为11、10 和润滑方式高速精密角接触球轴承通常采用油雾润滑、油气润滑或脂润滑。脂润亍骨 或油雾润滑适用于高速油气润滑或油雾润滑适用于超高速。脂润滑的极限转速为配对方式在髙速应用场台，为提髙主轴的承受载荷

8、能力，可采用配对安装的方法， 包括DF、DB和DT。成对安装将降低运转速度，大部分轴承样本给出的极限转速减小结论1、超髙速：宜内、外围单挡边或内圈单挡边，外圈双挡边，保持架外引导2、高速：宜外圈单挡边、内圈单挡边，保持架外引导3、超高速：小接触角，轻载荷预紧，采用油气润滑或油雾润滑，P2级4、高刚性应用场合：大接触角，中、重载荷5、减小钢球直径和加大内、外圈沟道半径，不仅有利于提高轴承的极限转 速，而对微型轴承而言，其引导间隙和兜孔间隙之比必须小于1。（1： 1.28）4主参数的确定4、1轴承的外型尺寸d、D、B、rs、Js以及接触角a应符合GB292的规定4、2钢球中心圆直径P,钢球公称直径

9、Dw,球数z的初算：取值精度允差P'=0 5 (d+D)Dw' =KDW (D d)KDWZ 见表 10. 010. 0001表1 KDW，值直径系列123KDW'0. 30. 310. 317Z, = nP, /Kz X Dwz表2 KZ值钢球公称直径<15> 15Kz金属保持架1. 01+1. 5/Dw1. 11胶木保持架1. 01+1. 9/Dw1. 1344.3约束检验计算所得Dw，z值必须与一般规定中表52中的英制球径相对应，特例除外。同时Dv应符 合以下约束条件：(1) Kemin < Dw / (D-d) < Kemax,(2) K

10、c X Dw<0. 96B表 3 Kemin, Kemax 值36000, 46000660000KeminKemaxKeminKemax10. 270. 3220. 270. 320.290. 3330. 270. 320.300. 335“C”型冲压保持架：Kc=2. 8/Dw+l. 12实体保持架：Kc=1.14/Dw+1.20ttP/ (Dw X Z) >Kz Kz 见表 2初算的P若不满足约束条件，则可按步长0 002 (d+D)逐步增大P，值，但最大不超过0. 51 (d+D) o当约束条件同时成立时，则接着进行计算，否则继续进行约束检验，最后确定P、Z。Dw、z值的最

11、终确定根据具体情况请考虑最大的额定负荷的获得，及表b 配套用钢球公差等级的确定(引自JB/T 10336)轴承公差等 级钢球公称直径钢球公称直径超过到球轴承(外球面除 外)外球面218G51830G10418G101830G16518G61830G206、018G!6G201830G20G243050G24G285080G28G400.0010.001通用0000型内圈时：P-di+Kpi*Dw 通用0000型外圈时：P=De-Kpe*Dw表 4 Kpi, Kpe, Kt, Kc 值a152540Kpi1. 001021. 002811. 00702Kpe1. 00171. 004681. 0

12、117Kt110. 6Kpi=2fi-(2fi- l)COSa公式aKpe=2fe-(2fe-l)COSa公式b4. 4额定动负荷ci的计算(1)当 Dw< 25. 4mm 时Cr=fc(i*COSa)A0. 7 X zA(2/3) X DwAl. 8(N)(2)当 Dw>25. 4mm 时Cr=3. 647 fc(I X COSa)A0. 7 X zA (2/3)X DwA1.8(N)45额定静负荷Cor的计算C0r=12. 3 iZDwA2 COS a(N)针对不同的接触角a (例如a=12), Kpi、Kpe 有一计算公式如下：一般取整Q/LZA001 表520. 01对于

13、P4、P50. 01级轴承，应将 Dw< 4)17对应R公 差压缩至+0. 03,有利 于保证轴承 的接触角。5套圈的设计5. 1套圈沟道曲率半径的计算长期的经验和实验证明，深沟和角接触球轴承若要 处于良好的工作状态，沟曲率半径与球半径之比应大于 2%。内、外圈沟曲率半径之差应保证在0. 02左右。(1) 对一般低转速角接触球轴承而言 内圏沟道曲率半径Ri： Ri=0. 515 Dw 外圏沟道曲率半径Re： Re=0. 525 Dw(2) GMN高速电主轴轴承(特例)： 内圏沟道曲率半径Ri： Ri=O. 515Dw 外圏沟道曲率半径Re: Re=0. 510Dw(3) 高速及超高速角接

14、触球轴承众多文献分析表明，在外圈沟道控制前提下，钢球 的旋滚比随内圈沟道门的增大而增大，随外圈沟道处 的减小而减小。从减少摩擦热、提高旋转速度而言，内 圈应尽量采用较大的门，外圈应尽量采用较小的但 外圏"的减小，不利于润滑剂带走摩擦热，内圈门增大， 将增大自由状态下轴承的轴向游隙。因此，fi=0. 54 0. 57, fe=0. 52-0. 55为沟道曲率半径系数的最佳变化范围 内圏沟道曲率半径Ri： Ri=(O54 0. 57) Dw 外圈沟道曲率半径Re: Re=(0 52 0. 55) Dw(4) 为降低振动和躁声，公差采用对称分布的双向 公差，同时适当压缩了公差值，减少了尺寸

15、的离散度， 有利于轴向游隙的控制。5 2内圈滚道直径的计算内圈滚道直径di： di=P-Kpi xDw0. 001见表5通用 0000 外圈时:di=De -(Kpi+Kpe)Dw0. 001见表5外圈滚道直径di. De=P+Kpe X Dw通用 0000 内圈时：De=di+ (Kpi+Kpe) DwKpi、Kpe值见表4表 5 di、De的允差d超过一3080120180250315500仁3080120180250315500允差(士)0. 0150. 020. 0250. 030. 040. 050. 060. 07在设计高精度角接触球轴承(P4级)时，内、外圈之一可能结构型式同00

16、00型， 但通常不会有通用的0000型套圈来替代，因此内、外圏滚道直径需根据几何关 系来计算，而上述公式中将不可用。此时：di=P+ (2RiDw) cos a 2Ri=P-KpjxDwDe=P ( 2ReDw) cos a+2Re=P+KpexDw式中Kpi、Kpe可查表4,也可根据接触角a利用公式a和公式b计算，推荐利用计算方 法。5 3套圈挡边直径的计算0. 1 Q/LZA0010. 1表 16内圏挡边直径d2： d2=di+Kd X Dw 外圏挡边直径D2： D2=De-Kd X Dw通用0000型内圏或外圈时，d2或1)2可按0000类尺寸取。Kd值见下表6表6 Kd值a152540

17、Kd0.40.40.5若为双列角接触球轴承，沪40时，考虑Kd=O. 61 5. 4套圈滚道中心至基准端面的距离的计算 内圏滚道中心至基准端面的距离ai：0.010.010.01a i=0. 5B+ (Ri 0. 5Dw) sin a-2 6 外圏滚道中心至基准端面的距离ae:, ae=0. 5C+ (Re 0. 5Dw) sina-2 6 通用oooo类内圈或外圈时：a i=0. 5B 或 ae=0. 5Cae(ai) =0 5B(c) + (Ri+Re-Dw)sina-2 8式中&为滚道位置的上偏差， &的作用为防止装配高超差ae, ai实际影响装配高，对接触角无影响；只要

18、T 合格，不论ae或ai初始值多少，确定一个即确定了另 一个，且最终数值需根据T的6. 2进行些许调整，医此上述公式ae(ai)具有参考意义。表7 ai、ae的允差d超过18305080120250315到18305080120250315500允差(土)0. 020. 0250. 030. 040. 0450. 060. 070. 08高精度角接触球轴承（P4级）的沟位置公差要压缩， 可考虑d=150时，允差为±0. 03,其余自己掌握。ai、 ae影响装配高T和沟形公差，对接触角a无影响。 ai-ae=（Re+Ri-Dw） sin a 55装配锁高度t的计算见表12a152540

19、Kt0. 002060. 004840. 011390. 01表8 Kt值1=0. 00053De+Kt xDw+6 t Kt 见表 8 表内径d超过55120到551206t0. 030.050. 08非装配锁口高度为21,允差为一 0 5t, 2t>0. 6mm,采用直径方向标注。装配锁口与非装配锁口处的倾斜角度为3±30 表12 t的公差t超过0. 070. 100. 200. 290. 39到0. 070. 100. 200. 290. 39允差-0. 01-0. 01-0. 02-0. 03-0. 04-0. 05装配锁口高度的验算（参考） 最大锁量应满足下式：Yma

20、x=2tmax-gmin-0. 001062 De表9 Ymax值内径d360004600066200066300超过到300. 040. 060. 060. 0830800. 050. 100. 120. 14800. 060. 140. 150. 16最小锁量应满足下式:Ymin=2train-gmax 且不得超过表10的规定表10 Ymin值内径d超过3080到3080Ymin0. 03().()<0. 07当接触角a=40时，根据上述计算公式计算出的锁口深度I值偏小，必须用下述公式进行修正./min =(2Dr max-2Rc nun-g maUg max 2 De max -2

21、 Rc nun)（外圈锁口）当轴承发生内、外圈相对转动时而不散套且此时Demax、Remin、gmax恰巧同时发生，概率极小， 因此上式可作为锁E1深度t的上限。用这种方法给出的锁13深度I还必须在试制时进行试装，作必要调整。_ (2di4-2Ri4-g)g12(di4-2Ri>（内罔锁口）56标志尺寸的计算轴承通常在外圈端面上标志，标志字高根据he按Q/ LZ表44选取6配套径向游隙和装配高的计算6. 1配套径向游隙ggmax=2 (Rimin+Remin-Dw)(1COS a max)gmi n=2 (R imax+RemaxDw) (1 一 COS a min)理论上依据此公式可保

22、证在Rimin Remax范围 内任意配对，在保证gmin-gmax前提卜100%接触角 的配套率，而无需检测。但在游隙gmaxgmin<001 时可试着将公式中Rmin和Rmax互换以增大游隙.定制外圈(或内圈)，保证游隙的情况下，依靠R 的变化来获得不同的接触角.接触角a的验算rj 1 - jOu I 126+Rc-DhJ _ 16. 2装配高极限尺寸按下式计算Tmax=aemax+a imax-(Rimin+Remin-Dw) s in a minTmin=ae min+aimin(Rimax+RemaxDw)sinamax 装配髙名义尺寸同B,其公差应符合JB/CQ13中表3的规

23、定 装配髙超差可调整带锁口套圈的沟位置。外圈带锁口 ：利用装配高公式计算出ae max和ae min, 得 ae=0 5(aemax+acmln)a的允差：15为土 3525为土 440 为±4 57实体保持架的设计71实体保持架内径Dei及外径De的计算通常情况下保持架旋转以内圈挡边引导时Dci=d2+c i引导面尺寸公差加严两档Dc=Dci+Kc x Dw Kc 见表 11表11 Kc值a152540Kc110. 6保持架炭转以外圈挡边引导时De=D2 e e0. 01Q/LZA001Dei=De-KcXDwKe 见表 11e i, e e 见表 12表12引导问隙0. 1表35

24、引导挡 边直径超过305080120180260360到305080120180260360500内引导Ei0. 150. 20.250. 30. 350.40. 450.5外引导e e0.20. 30.40.50.60.70.81. 07 2保持架兜孔直径Ac按Q/LZA001中表53选取(亦可根据 c=l. 004Dw+0. 12 计算)0. 01在轴承高速旋转时，对保持架兜孔直径及英引# 间隙提出了特殊要求，随保持架直径大小而异。洛阳轴 承研究所多年来在主轴轴承领域的国内领先地位，得益 于超越国内各单位的保持架先进的设计理念和完善的 实验验证手段，下表为其公开发表的保持架结构参数推荐表。

25、表中Ae为兜孔间隙与外引导问隙之比，Be为兜孔直径与钢球直径之比，两者直接影响轴承的动态稳定 性。B7004C/P4： Ae=l 14, Be=l. 05; B7005C: /P4： Ae=l 13,Bc=l 05,主轴实验结果良好。 保持架结构参数推荐表轴承型号AcBe备注70001 10-1. 5104 1 06比值大的适用于大内B70001. 10-1.51 05 1 07径尺寸的轴承72001. 11 1. 161 03 1 04建议高速轴承(此处指dn>l. 0X10A6)采用椭圆兜 孔保持架。因径向载荷较大时，保持架和钢球的运动特 性使得保持架采用常规的圆兜孔时，球和兜孔表面

26、可产 生激烈碰撞，产生大量的摩擦热和严重的兜孔磨损，并 严重时导致保持架断裂和轴承烧伤。椭圆兜孔则在加大 球与兜孔的环向间隙的同时，稳定了轴向间隙，使得润 滑油更容易流过兜孔，使保持架有效冷却，又避免了保 持架兜孔侧壁强度的减弱以及保持架轴向不稳定性。 保持架材料采用与轴承内、外圈膨胀系数相近的铜材。 附表有经过几十年检验的航发轴承保持架椭圆兜孔尺寸及形状示意图。 同时保持架内径处倒角可适当加大。7 3保持架宽度Be的计算金属实体保持架：Bc=l 14+1. 2Dw0. 1Q儿ZA001胶木保持架：Bc=B -(004Dw+04)0. 1表357. 4保持架兜孔中心至基准端面的距离Be，的计算Be' =0. 5Be0. 010. 5Be的允差7. 5保持架兜孔间最小梁宽s的计算S=DciX sin180/Z-SinA-l ( c/Dci)0. 1S必须满足以下验算值：金属实体保持架：S>0. lDw>lmm胶木保持架：S > 0. 15Dw> 1. 5mms值满足上述要求可采用直兜孔，否则采用球兜