满滚动体圆柱滚子轴承的设计

1、(3)满滚动体圆柱滚子轴承的设计-4西北轴承股份有限公司(宁夏银川750021)杨萍胡大成刘瑞实Dw , 1 .-1sin1801 ZJ-Fw满滚动体圆柱滚子轴承外圈带双挡边、无保持架，此种轴承在装满滚子后，滚子之间有间隙但滚子不能从外滚道掉下来，即滚子在外圈内具有径向自锁性。该种轴承具有较高的额定载荷 较高的径向承载能力，适用于低速重载等场合。sin1设计原理对于滚子直径为 Dw、滚子数量为Z的满装 滚子轴承，当圆周总间隙为零时 (即J = 0)，此时 滚动体具有最大锁量。由图1可推导出DwFwK - 1图1D0mi n = KDw此时具有最大锁量币axmax = D w - AB=D w

2、-01 Oz - 1=Dw -( O1 Oz - 1=2 Dw -O1 Oz - 1O1 Oz - 1 = Dmin sin n -=D 0min sin ( Z所以max = 2 Dw - D0minsin360180(1)当J = 0时，滚子中心圆直径 D0为最小，即D0minl2sin YDw_=sin 丫把(1)式代入式得D0minsin(Oz - 1 A + O1 B)D w)(z - 2)Y-2) arcs inD wD0min(Z - 2) arcs in(5)图2D0min = Fw + Dw把此式代入(2)式整理得中心离开滚子的中心圆降到 D点，此时滚子处在 能否锁住和总锁量

3、为零的临界状态 ，此时总间隙轴承2001.血.3i994-20i3 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 量最大，要使滚子自锁，则必须保证:Oi Oz-i 2 Dw。当Oi Oz- i = 2 Dw时，滚子的中心圆直径 为D 0max 由图2推导：Y= arcs inDwD 0maxa= 360YZ - 2)2(Z - 2) y=180图3=180(Z - 2) arcs inDwD0max在OOi D中Y= arcs inDwD0maxOi D=0.50i Oz - i = DwD0m

4、ax = Ki DwOOiDwsin a所以Jmax=Kisin ( Z - i) arcsin 亡i Dw2 Dw =200i =sin a把式代入式，并简化得所以DOmaxK2 = Ki sin(Z - i) arcsin 亡D0maxDwsin ( Z - 2) arcs in2IIJ max =K2 Dw不同Z值所对应的K2值见表i 表i(8)令 DOmax/ Dw = Ki , DOmax = Ki Dw ,则(8)式变为Ki sin( Z - 2) arcsin(9)由(9)式可知，Ki是一个关于=f ( Z),取Z分别等于5、的Ki值，见表i。通过以上两种情况的分析 以得出满滚动

5、体圆柱滚子轴承滚子径向自锁的条 件为Z的函数26 ,计算出相应,可,KiDmin D 0 Dmax即KDw D 0 Ki Dw分析表i可知，当Z增大时，系数K与Ki的 差值减小，也就是 D 0min和D0max的差值减小。因此，Z越大 启锁越困难所以对于一个滚子径向 自锁轴承来说，滚子数不宜太多滚子具有最大总间隙量(参考图3)为J max =OzOz - i - Dw=D 0maxsin 3- Dw3602YZ - i)=i80 * Z - i)所以 J max = D 0maxsin i80 - ( Z - i) - Dw=D 0maxsin ( Z - i) - DwZ个KKiK25i.7

6、03i2.00000. 732i62.00002.i4470. 408272.30482.35920. 267i82.6i3i2.67630.i90692.92382.97090.i438i03.236i3.27280.ii28ii3.54953.57900.09iii23.86373.88800. 0753i34.i7864.i9890. 0632i44.49404.5ii30.0539i54.80974.82470.0465i65. i2585.i3890.0406i75.44225.45360.0358i85.75885.76890. 03i7i96.07556.08460. 02842

7、06.39256.40060. 02552i6.70956.7i690. 023i227.02677.03340.02i0237.34397.350i0.0i9i247.66i37.66690.0i75257.97877.98390.0i62268.29628.30i00.0i492基本设计原则(i)锁量不应太大，否则难以从径向装入最后一个滚子，轴承的旋转灵活性也差选择较小的锁量，以便得到较大的圆周间隙(以不掉滚子为前 5 轴承2001.血.31994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights res

8、erved. 提),可改善轴承的润滑条件，提高旋转灵活性。(2) 本设计方法是在已知 Dw和Z的基础上, 先设计出滚子中心圆直径 Dox ,然后验算锁量，计 算总间隙量，最后再确定其他尺寸。(3) 本设计方法可在滚子数Z、滚子直径Dw已知的条件下，验算满滚子径向自锁的条件。D1 = D ox + DwFw = D ox - Dw其他尺寸按圆柱滚子轴承设计方法及表格图 确定。4通用计算表(4)本设计方法符合国标规定的圆柱滚子轴 承外形尺寸及内复圆直径尺寸假定滚子个数 Z为526，滚子直径 Dw为10，计算出下列算数，如表2。表23设计计算步骤3. 1计算D 0min、r8ax、Domax 和 J

9、 maxD 0min = KDwrftax=2 Dw - Dominsin ( Z - 2) arcsi nDwD0minDomax = K1 DwJmax = K2 Dw3. 2 计算滚子中心圆直径Dox(1) 首先确定每个滚子需要的锁量。先推荐 选定范围为0. 010. 04 mm/个，总锁量的范围即? 3 : I:. .： |5= (0.01 0. 04) Z。选定原则是保证所设计轴承的耐磨性能及是 否要从径向加入最后一个滚子(注意使0 5x)。(2) 令 Jg= K3, K3 = J max/ max , Js为总锁量 的总间隙当量，则余下的总间隙为 Jmax- J。(3) 把余下的间

10、隙量分配到每个滚子直径上去，得假设滚子直径Dwz J max - J sDw =z + Dw(4) 把 Dv代入 D 0= D wsin (180Z)中就求Z/个D0min/ mm/ mmD 0max/ mm/ mmK3517. 0133.82020.0007. 3211. 916620. 0002.67921.4474. 0821. 524723. 0481.98023.592206711. 349826. 1311.52326.7631.9061. 251929. 2381.20629.7091.4381. 1921032.3610.97832.7281. 1281. 1531135.49

11、50.80935.7900. 9111. 1261238.637J0.68238.8800. 7531. 1041341.7860.58141.9890. 6321. 0881444.9400.50045.1130. 5391. 0781548.0970.43848.2470. 4651. 0621651.2580.38551.3890. 4061. 0551754.4220.34054.5360. 3581. 0531857.5880.30357.6890. 3171. 0461960.7550.27460.8460. 2841. 0362063.925J0.24564.0060. 2551

12、. 0412167.0950.22467.1690. 2311. 0312270.2670.20370.3340. 2101. 0342373.4390.18873.5010. 1911. 0162476.6130.17176.6690. 1751. 0232579.7870.15979.8390. 1620. 0192682.9620.14783.0100. 1491. 014得所设计轴承滚子中心圆直径DoxDoxDwsinZ当滚子Dw直径不为10时，用K4 = Dw/ 10乘 表中滚子个数为Z的各参数，即可得出所要设计轴承的D 0min、ax、D 0max 及例如当Z = 18，直径J m

13、ax。Dw = 20 mm 时，则 K4 =3. 3验算及确定其他尺寸把Dox值代入(5)式代替D0min，以验算Dox是否满足预算的总锁量s20/10 = 2。D0minD 0max=57.588=57.689X2 = 115. 176X2 = 115. 378= 2 Dw - D ox sin(Z - 2) arcs in把Dox值代入(10)式代替D0max，计算所设计 轴承的总间隙量=0. 303 X2 = 0.606=0. 317 X2 = 0.634maxmax J设计举例DwDwJ = Dox sin ( Z - 1) arcs in并验算Jmax J + J值。根据Dox计算外

14、滚道尺寸及内复圆直径尺寸 6 用于引进的德国U1300L，奔驰货车轮边减速 器的E952906轴承，即为无内圈的满滚子圆柱滚 子轴承。已知：Dw = 9 mm，Z = 16。5.1计:算 D 0min、ax、D 0max 及 J max轴承2001.血.3-71994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. D0min=5. 1258 X9 = 46 . 132max= 2 X9 - 46. 132 2 Xsin (16 - 2)arcsi nDomax46.1322=5. 13

15、8 9 X9 = 46. 250 10.347实际上，我公司已设计的该轴承，Fw =37.214 + 0. 015、Dx = 46. 214、D1 = 55.214 ,可见满足D 0min Dox D0max条件，可以自锁，把Dox = 46 . 214代入公式可求、J max=0. 040 6 X9 = 0. 3654e= 2 X9 - 46.214sin(16 - 2) arcsin9146 .羽岁5. 2计算选定Dox=0.105 2J max5. 3卩 0.015 X16 = 0.24 maxJ= 1 .055 X0.24= 0. 253 2J = 0.365 4 -0.253 2 =

16、 0. 112 20.112 2 + 9 = 9.007D=46.168验算及确定其他尺寸Dwe=2 X9 - 46.168 Xsin (16 - 2) arcsi n46.168 =0.241J = 46. 168sin (16 - 1) arcsin146 . 16g=0.111J = 46.214sin (16 - 2) arcsin=0.254 3I46.214 S max , J J max每个滚子的锁量为0. 1052/ 16 =(mm)。0. 00666小结设计中最重要的问题是选定适当的总锁量和 总间隙量，锁量取得过小，轴承工作时由于滚子和 滚道的磨损，容易在设备维修过程中掉滚子

17、；也不 利于减小噪声和振动。锁量取得过大装配困难 也不利于润滑和提高旋转灵活性。在轴承失效时滚子和滚道都有磨损，此时拆开轴承，如果滚子刚 好能从滚道中掉出，说明原来选定的锁量刚好合 适，一般选定锁量应比此稍大些 。Js = 0. 111 + 0.2532= 0.3642 J maxD1 = 46. 168 + 9 = 55 . 168Fw = 46. 168 - 9 = 37 . 168其他尺寸按圆柱滚子轴承设计方法及表格图 确定。第一作者：杨萍工程师（收稿日期:2000 - 07 - 24）（编辑:聂龙宣）（上接第3页）而且取决于轴承承受的载荷。（2）当高速主轴轴承承受的外加载荷一定时，所需

18、的最小预紧载荷随旋转速度的提高而增加。当高速主轴轴承的旋转速度和承受的力矩载荷一定时，所需的最小预紧载荷首先随承受 的 径向载荷增加而减小，然后随承受的径向载荷 增加而增加。（4）当高速主轴轴承的旋转速度和承受的径 向载荷一定时，所需的最小预紧载荷首先随承受 的力矩载荷增加而减小，然后随承受的力矩载荷增加而增加。参考文献1 Jones A B. The Mathematical Theroy of Piling E lement Beaing Section 13，Mechenical Design and System HanQ book，H. A. R othard，ed. ，Mc Gra

19、w - Hill，1964.2 Poplawski J V. Mauriello J A. ，Skidding in Lightly Loaded High Speed Ball Thrust Bearings，ASME Paper No . 69 Lubs 20.3 Boness R J . Minimum Load Requirements for the Preventing of Skidding in High Speed Thrust Loaded Ball bearings Joui2 nal of lubrication Technology，Vol . 103，J an. 1

20、981.4 Harris T A. Rolling Bearing Analysis， 3rd John Wiley and S?ns，Inc. ，1990.第一作者：蒋兴奇浙江大学博士研究生、本 刊编委(收稿日期:2000 - 07 - 18)(编辑:聂龙宣)轴承2001.血.3本期内容摘要i994-20i3 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 蒋兴奇，马家驹，顾小兵.主轴轴承最小预紧载荷的 计算.轴承,2001 (3) ：13、建立了高速主轴轴承定压预紧状态下钢球的力平衡 方程及轴

21、承的力平衡方程，并分析计算了不同径向载荷 力矩载荷和旋转速度下钢球与内圈不发生脱离的最小预 紧载荷,结果表明，选择合适的预紧载荷不仅取决于主轴 单元刚度和速度要求，而且取决于主轴轴承外加载荷 附图4 ,表1个渗考文献5篇。叙词：主轴轴承预紧载荷外加载荷杨 萍,胡大成，刘瑞安.满滚动体圆柱滚子轴承的 设计.轴承,2001 (3) :47在保证满滚子向心圆柱滚子轴承具有额定高载荷情 况下，选择岀最佳的自锁量 ，解决了此类轴承设计的难 题。附图2 ,表2个。叙词：满滚子轴承自锁量 间隙量中心圆直径张锡昌，张莉洁.高速高温混合球轴承热膨胀分析.轴承,2001 (3) :89陶瓷材料与轴承钢因线膨胀系数

22、不一，这对高速高温混合角接触球轴承的设计应用构成重大技术障碍，以计算法分析了热膨胀差对混合轴承高速性、预紧方式及试验技术的影响并提岀解决设想与对策。叙词：陶瓷轴承角接触球轴承热膨胀朱颖，用VISVAL FOXPR0语言开发轴承绘图软件轴承,2001 (3) :10、14叙词：计算机辅助设计叙词:角接触球轴承内圈加工李延峰.套圈磨削烧伤分析与预防.轴承,2001 (3) ：15 16介绍轴承套圈在磨削中的烧伤机理、种类，分析了生 产中主要磨削工序岀现烧伤的原因及解决措施。叙词:套圈磨削烧伤预防关 力，龚建勋.16Cr2Ni4MoA渗碳钢制异型安装边 套圈热处理.轴承,2001 (3) ：1617对16Cr2Ni4MoA的渗碳热处理工艺特性，组织进行了试验分析，着重解决了异形安装边轴承套圈的变形。附图2幅,表1个。叙词：16CrNi4MoA钢 渗碳 变形钟 原.国产控制气氛铸链炉生产线的应用.轴承，2001(3):1820介绍国产控制气氛铸链炉生产线的组成，结构、性能及生产应用情况。实践证明，国产控制气氛铸链炉生产 线的性能已达到国外同类产品水平，安全可以推广使用。叙词：铸链炉热处理工艺陈巧玲，范 萍,张志华.双列圆锥滚子轴