满滚动体圆柱滚子轴承的设计

1、满滚动体圆柱滚子轴承的设计西北轴承股份有限公司 ( 宁夏银川杨萍胡大成刘瑞实750021)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 。 Fw Dw=(3)1- 1180°sinZ1令K =180°sinZ设计原理对于滚子直径为 Dw 、滚子数量为1Fw= K - 1则DwZ 的满装( 4)D0min= KDw滚子轴承 , 当圆周总间隙为零时 ( 即 J = 0) , 此时滚动体具有

2、最大锁量 。由图 1 可推导出此时具有最大锁量maxmax= Dw - AB( Oz - 1 A + O1 B ) Dw )= Dw -= Dw -= 2 Dw -O1 Oz - 1 - ( O1 Oz - 1 -O1 Oz - 1= D0min sin - ( z - 2) O1 Oz - 1Dw= D0minsin( Z - 2) arcsinD0min所以Dwmax( Z - 2) arcsin= 2 Dw - D0minsinD0min( 5)由图2 可知 , 当 D0 逐渐增加时 , 则滚子 I 的图 1360°= 180°Z =( 1)2Z当 J = 0 时 ,

3、 滚子中心圆直径 D0 为最小 , 即Dw= 2 ×2sin Dw D0min(2)= sin把 (1) 式代入 (2) 式得DwD0min=180°图 2sinZD0min= Fw + Dw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为零的临界状态 , 此时总间隙把此式代入 ( 2) 式整理得·4 ·轴承2001. . 3量最大 , 要使滚子自锁 , 则必须保证 : O1 O Z - 1 <2 Dw 。当 O1 O Z - 1 = 2 Dw 时 , 滚子的中心圆直径 为 D0max 。由图 2 推导 :Dw = arcsin

4、D0max = 360°- 2( Z - 2)2= 180°- ( Z - 2) = 180°- ( Z - 2) arcsinDw图 3(6)D0maxDw = arcsin而在 OO1 D 中O1 DD0max= 0 . 501 O Z - 1 = Dw DwD0max= K1 Dw所以J max( Z - 1) arcsinOO1= sin=K1 sin- 1Dw12 Dw所以令( Z - 1) arcsinD0max= 2001= sin(7)K2= K1 sin- 11把 ( 6) 式代入 ( 7) 式 , 并简化得则J max不同= K2 DwZ 值所

5、对应的 K2 值见表 1 。表 1- 1D0max sinD0max( Z - 2) arcsin- 2 = 0DwDw(8)令 D0max/ Dw = K1 , D0max = K1 Dw , 则 ( 8) 式变为( Z - 2) arcsinK1 sin- 2 = 0(9)1由 (9) 式可知 , K1 是一个关于 Z 的函数 , K1= f ( Z) , 取 Z 分别等于 5 、6 、7 、826 , 计算出相应 的 K1 值 , 见表 1 。通过以上两种情况的分析 , 可以得出满滚动体圆柱滚子轴承滚子径向自锁的条件为D0min< D0 <D0max即KDw < D0

6、< K1 Dw分析表 1 可知 , 当 Z 增大时 , 系数 K 与 K1 的差值减小 , 也就是 D0min 和 D0max 的差值减小 。因此 , Z 越大 , 自锁越困难 。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= O ZO Z - 1 - Dw= D0maxsin - Dw = 360°- 2( Z - 1)基本设计原则(1) 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 ·2

7、2= 180°- ( Z - 1)所以 J max = D0maxsin 180°- ( Z -1) - Dw= D0maxsin ( Z - 1) - Dw© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1KZ/ 个KK1K251 . 70312 . 00000 . 732162 . 00002 . 14470 . 408272 . 30482 . 35920 . 267182 . 61312 . 67630 . 190692 . 92382

8、 . 97090 . 1438103 . 23613 . 27280 . 1128113 . 54953 . 57900 . 0911123 . 86373 . 88800 . 0753134 . 17864 . 19890 . 0632144 . 49404 . 51130 . 0539154 . 80974 . 82470 . 0465165 . 12585 . 13890 . 0406175 . 44225 . 45360 . 0358185 . 75885 . 76890 . 0317196 . 07556 . 08460 . 0284206 . 39256 . 40060 . 025

9、5216 . 70956 . 71690 . 0231227 . 02677 . 03340 . 0210237 . 34397 . 35010 . 0191247 . 66137 . 66690 . 0175257 . 97877 . 98390 . 0162268 . 29628 . 30100 . 01491K1K轴承2001. . 3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 D

10、w已知的条件下 , 验算满滚子径向自锁的条件 。(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D1 = Dox + DwFw = Dox - Dw其他尺寸按圆柱滚子轴承设计方法及表格图 确定 。通用计算表假定滚子个数 Z 为 5 26 , 滚子直径 Dw 为10 , 计算出下列算数 , 如表 2 。表 243 设计计算步骤计算 D0min 、max 、D0max和 J max3. 1D0min= KDwDwmax= 2 Dw - D0minsin( Z - 2) arcsinD0minD0maxJ max= K1 Dw= K2 Dw3. 2计算滚子中心圆直径 DOX(1

11、) 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= (0 . 010. 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<max) 。K3, K3 = J max/ max , J 为总锁量(2) 令 J =的总间隙当量 , 则余下的总间隙为 J max -J。(3) 把余下的间隙量分配到每个滚子直径上去 , 得假设滚子直径 DwJ max -JD=+ DwwZ( 4) 把 D 代入 D = D / sin ( 180°/Z) 中就求w0 w当滚子 Dw 直径不为 10 时 ,

12、 用K4 = Dw / 10 乘得所设计轴承滚子中心圆直径 Dox表中滚子个数为 Z 的各参数 , 即可得出所要设计轴承的 D0min 、max 、D0max及 J max 。例如当 Z = 18 , 直径 Dw = 20 mm 时 , 则 K4 =20/ 10 = 2 。DwDox=180°sinZ3. 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= 57 . 588 ×2 = 115. 176= 57 . 689 ×2 = 115. 378= 0. 303 ×2 = 0 . 606= 0

13、. 317 ×2 = 0 . 634D0minD0max max J maxDw = 2 Dw - Dox sin( Z - 2) arcsinDox把 DOX值代入 ( 10) 式代替 D0max , 计算所设计轴承的总间隙量设计举例用于引进的德国 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5Dw( Z - 1) arcsinJ = Dox sin-DwDox并验算 J maxJ + J 值 。根据 Dox 计算外滚道尺寸及内复圆直径尺寸·6 ·子轴承 。已知 : D = 9 mm , Z = 16 。w计算 D0

14、min 、max 、D0max及 J max5 . 1© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. Z/ 个D0min/ mmmax/ mmD0max/ mmJ max/ mmK3517. 0133 . 82020 . 0007. 3211 . 916620. 0002 . 67921 . 4474. 0821 . 524723. 0481 . 98023 . 592206711 . 349826. 1311 . 52326 . 7631. 9061 . 251

15、929. 2381 . 20629 . 7091. 4381 . 1921032. 3610 . 97832 . 7281. 1281 . 1531135. 4950 . 80935 . 7900. 9111 . 1261238. 6370 . 68238 . 8800. 7531 . 1041341. 7860 . 58141 . 9890. 6321 . 0881444. 9400 . 50045 . 1130. 5391 . 0781548. 0970 . 43848 . 2470. 4651 . 0621651. 2580 . 38551 . 3890. 4061 . 0551754.

16、 4220 . 34054 . 5360. 3581 . 0531857. 5880 . 30357 . 6890. 3171 . 0461960. 7550 . 27460 . 8460. 2841 . 0362063. 9250 . 24564 . 0060. 2551 . 0412167. 0950 . 22467 . 1690. 2311 . 0312270. 2670 . 20370 . 3340. 2101 . 0342373. 4390 . 18873 . 5010. 1911 . 0162476. 6130 . 17176 . 6690. 1751 . 0232579. 787

17、0 . 15979 . 8390. 1620 . 0192682. 9620 . 14783 . 0100. 1491 . 014轴承2001. . 3= 5. 1258 ×9 = 46 . 132= 2 ×9 - 46. 132 2 ×实际 上 , 我 公 司 已 设 计 的 该 轴 承 , Fw =37 . 214 + 0. 015 、Dox = 46 . 214 、D1 = 55 . 214 , 可见满足D0min < Dox < D0max 条件 , 可以自锁 , 把 Dox = 46.214 代入公式可求、JD0minmax9sin(16 -

18、 2) arcsin= 0. 34746 . 132 2= 5. 138 9 ×9 = 46. 250 1= 0. 040 6 ×9 = 0. 3654D0maxJ max9 = 2 ×9 - 46. 214sin= 0. 105 2(16 - 2) arcsin46 . 2145. 2计算 Dox选定 = 0. 015 ×16 = 0. 24 <max9(16 - 2) arcsinJ = 46. 214sin- 946 . 214J = 1 . 055 ×0. 24= 0. 253 2= 0. 254 3J max -J = 0 .

19、365 4 -0. 253 2 = 0. 112 2 <max , JJ max<0 . 112 2 + 9D= 9. 007=每 个 滚 子 的 锁 量 为 0 . 1052/ 16 = 0. 0066( mm) 。w169 . 007Dox= 46 . 168180°sin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 ; 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

20、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 。6165. 3验算及确定其他尺寸 = 2 ×9 - 46. 168 ×9sin(16 - 2) arcsin46 . 168= 0. 2419J = 46. 168sin(16 - 1) arcsin- 946 . 168= 0. 111+ J = 0. 111 + 0. 2532= 0 . 3642 J maxJD1 = 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

21、( 收稿日期 :2000 - 07 - 24)( 编辑 :聂龙宣)Beaing Section 13 , Mechenical Design and System Hand2 book , H. A. Rothard , ed. , Mc Graw - Hill , 1964. Poplawski J V. Mauriello J A. , Skidding in Lightly Loaded High Speed Ball Thrust Bearings , ASME Paper No . 69 Lubs20.Boness R J . Minimum Load Requirements fo

22、r the Preventing of Skidding in High Speed Thrust Loaded Ball bearings Jour2 nal of lubrication Technology , Vol . 103 , J an. 1981.Harris T A. Rolling Bearing Analysis , 3rd John Wiley andSons , Inc . , 1990.( 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 , 所需的最小预紧载荷随旋转速度的提高而增加 。 (3) 当高速主轴轴承的旋转速度和承受的

23、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 。234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)参考文献1 Jones A B. The Mathematical Theroy of Rolling Element·7 ·© 1994-2013 China Academic Jo

24、urnal Electronic Publishing House. All rights reserved. 轴承2001. . 3本 期 内容 摘 要叙词 :角接触球轴承 内圈 加工蒋兴奇 , 马家驹 , 顾小兵. 主轴轴承最小预紧载荷的计算. 轴承 , 2001 (3) :13 、7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 , 参考文献

25、5 篇 。叙词 :主轴轴承 预紧载荷 外加载荷李延峰. 套圈磨削烧伤分析与预防. 轴承 , 2001 ( 3) :1516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出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 变形杨 萍 , 胡大成 , 刘瑞安. 满滚动

26、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 , 选择出最佳的自锁量 , 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出解决设想与对策 。叙词 :陶瓷轴承 角接触球轴承 热膨胀陈巧玲 , 范 萍 , 张志华. 双列圆锥滚子轴承轴向游隙的测量. 轴承 , 2001 (3) :2122双列圆锥滚子轴承轴向游隙的测量 , 在大批量生产 条件下 , 采用传统的“装配时选配”法和“直接加载测量” 法 ,速度慢 、效率低 、误差大 。采用“无载荷翻转测量”法 乃是目前测量双列圆锥滚子轴