轴承设计课件

轴承设计轴承设计11、轴承设计的任务：1）使所设计的轴承具有最高的寿命：L=（Cr/Pr）ε，当额定动载荷增加一倍，球轴承寿命提高八倍，滚子轴承寿命提高十倍。额定动载荷提高与轴承材料、热处理质量、冷加工质量等。2）使轴承的零件、尺寸、公差通用化、标准化和系列化。3）轴承设计应满足动态性能的要求。如噪声、振动、温升、摩擦、密封等。4）设计过程中必须考虑工艺的难易、现有设备能否加工，在保证质量前提下，尽可能工艺简单。1、轴承设计的任务：22、轴承的基本外形尺寸：指内径d、外径D、套圈宽度B或C、轴承宽度T或H、装配到角rsmin、r1smin、r2smin。这些数据在有关标准中都能查到，设计新产品时应尽量选用已标准化的基本外形尺寸。如GB/T273.1-1987《滚动轴承圆锥滚子轴承外形尺寸方案》、GB/T273.2-1998《滚动轴承推力轴承外形尺寸总方案》、GB/T273.3-1999《滚动轴承向心轴承外形尺寸总方案》、GB/T274-2000《滚动轴承倒角尺寸最大值》、GB/T276-1994《滚动轴承深沟球轴承外形尺寸》、GB/T285-1994《滚动轴承双列圆柱滚子轴承外形尺寸》、GB/T288-1994《滚动轴承调心滚子轴承外形尺寸》、GB/T296-94《滚动轴承双列角接触球轴承外形尺寸》、GB/T294-94《滚动轴承三点和四点接触球轴承外形尺寸》、GB/T4663-94《滚动轴承推力圆柱滚子轴承外形尺寸》、GB/T5859-94《滚动轴承推力调心滚子轴承外形尺寸》等2、轴承的基本外形尺寸：33、滚动轴承套圈和滚动体材料轴承内外圈滚道和滚动体在很高的接触应力作用下进行滚动，滚动体和滚道之间存在滑动和摩擦，滚动体、保持架、套圈档边之间也存在摩擦。材料是轴承质量的基础，为了使轴承获得长寿命、持久的高精度和低摩擦，轴承套圈和滚动体的材料必须具备以下特性：接触疲劳强度高，硬度高，耐磨性好，组织稳定性好，纯度高，加工性能好。滚动轴承主要用铬轴承钢制造，也用渗碳钢（轧机轴承、车辆）、不锈钢、耐热钢和调质钢。3、滚动轴承套圈和滚动体材料44、保持架材料轴承旋转中存在碰撞等交变应力,保持架兜孔与滚动体之间、保持架与套圈引导面之间存在滑动摩擦，制造保持架的材料应具有较好的疲劳强度，硬度比滚动体低而耐磨，摩擦系数小，比重小，加工性能好。材料用途碳素结构钢冲压保持架（08、08Al）碳素结构钢车制保持架（20、30、40、45）铅黄铜、青铜车制保持架（ZCuZn40Pb2、ZCuAl10Fe3Mn2）工程塑料GRPA66-254、保持架材料材料用途碳素结构钢冲压保持架（08、08Al）55、轴承钢的选取及热处理后的硬度GCr15钢回火后硬度为61~65HRc、GCr15SiMn钢回火后硬度为60~64HRc、滚动体硬度比套圈硬度高1~2HRc时寿命可提高3~4倍。5、轴承钢的选取及热处理后的硬度6轴承设计课件76、滚子与档边的接触形式1）圆柱滚子轴承档边与滚子端面接触时，刮油，不利于润滑档边有一倾角，档边与滚子端面接触形成油膜，有利于润滑6、滚子与档边的接触形式档边与滚子端面接触时，刮油，不利于润86、滚子与档边的接触形式1）圆锥滚子轴承滚子球基面与锥形档边接触，仅仅接触一点，单位面积上的压力大，引导滚子不稳。6、滚子与档边的接触形式滚子球基面与锥形档边接触，仅仅接触一96、滚子与档边的接触形式2）圆锥滚子轴承滚子锥基面与锥形档边接触，接触为一条线，单位面积上的压力有所减小，但仍是引导滚子不稳。6、滚子与档边的接触形式滚子锥基面与锥形档边接触，接触为一条106、滚子与档边的接触形式4）圆锥滚子轴承滚子球基面与档边为曲率相同的两个球基面，接触为完全接触，引导滚子非常好，单位面积上的压力小。6、滚子与档边的接触形式滚子球基面与档边为曲率相同的两个球基116、滚子与档边的接触形式3）圆锥滚子轴承滚子平基面与锥形档边接触，仅仅两点接触，引导滚子平稳，单位面积上的压力仍然很大。6、滚子与档边的接触形式滚子平基面与锥形档边接触，仅仅两点接12挡边直母线滚子球基面滚道母线接触点θSR挡边与滚子接触示意挡边直母线滚子球基面滚道母线接触点θSR挡边与滚子接触示意137、“等接触应力”设计原则所谓“等接触应力”，是指滚动体与内圈滚道、外圈滚道接触处的最大接触应力之差应力求最小，即两应力应相等或接近。为满足“等接触应力”这一原则，球轴承主要通过内圈沟曲率系数fn和外圈沟曲率系数fw的适当匹配关系来实现。根据赫兹弹性接触理论，代入球轴承相关几何参数和高碳轴承钢的弹性模量E=2.07x105Mpa，泊桑比γ=0.3，可得下列接触应力计算公式：7、“等接触应力”设计原则147、“等接触应力”设计原则pmaxn=857[Q(Σρn)2]1/3/(μυ)pmaxw=857[Q(Σρw)2]1/3/(μυ)Σρn=（4/Dw）+[2/（Dwp-Dw）]-[1/（fn*Dw）]Σρw=（4/Dw）+[2/（Dwp-Dw）]-[1/（fw*Dw）]Cosτn={[1/（fw*Dw）]+[2/（Dwp-Dw）]}/ΣρnCosτw={[1/（fw*Dw）]-[2/（Dwp+Dw）]}/ΣρwQmax=0.5*Cr/Z7、“等接触应力”设计原则157、“等接触应力”设计原则式中pmaxn、pmaxw——内外圈滚道最大接触应力

Σρn、Σρw——内外圈滚道主曲率和

Cosτn、Cosτw——内外圈滚道辅助角

Qmax——最大滚动体载荷

Dw——球直径

Dwp——球节圆直径

fn、fw——内外圈滚道曲率系数

Z——一列球数通过上述接触应力计算公式，计算相应各组fn、fw的匹配值，同时综合考虑应力分布、弹流润滑、磨损、摩擦，轴承振动和噪声及轴承失效模式等因素，调整了套圈内外滚道曲率，采取外滚道曲率半径大于内滚道曲率半径，并进行合理匹配。即Rw=fw*Dw=0.525*Dw，Rn==fn*Dw=0.515*Dw。7、“等接触应力”设计原则168、深沟球轴承主参数的确定以Cr为目标函数，满足约束条件下，尽可能使Cr为最大。约束条件：1）钢球直径0.24（D-d）≤Dw≤0.32（D-d）2）钢球中心圆直径0.5（D+d）≤dm≤0.515（D+d）3）钢球数量{180°/[2arcsin（Dw/dm）]}+1≤Z≤{Φ/[2arcsin（Dw/dm）]}+1填球角Φ过大（Φ≤186°），装配困难，需要夹球。8、深沟球轴承主参数的确定178、圆柱滚子轴承主参数的确定以Cr为目标函数，满足约束条件下，尽可能使Cr为最大。约束条件：1）钢球直径0.24（D-d）≤Dw≤0.32（D-d）2）钢球中心圆直径