滚动轴承的可靠性设计
分析滚动轴承的设计计算
分析滚动轴承的设计计算 本文通过对深沟球轴承安全接触角和轴向承载能力的设计计算，确认其在轨道车辆门系统驱动机构上的应用可行性。 标签：深沟球轴承；轴向承载；接触角；应力集中 1.概述 深沟球轴承主要用以承受径向载荷，同时也能承载一定的轴向载荷。深沟球轴承在承受轴向载荷时，钢球与内、外圈沟道之间会形成一定的接触角。如载荷过大，则接触椭圆将被挡边截去一部分，因而在钢球与挡边附近产生应力集中，导致轴承早期疲劳失效。本文旨在通过对北京地铁9号线侧门系统的驱动机构力学模型进行分析计算丝杆端支撑座内轴承的受力情况，从而确定将原先方案的一对角接触球轴承更改为一对深沟球轴承后，系统能否满足使用要求、避免门系统驱动机构的丝杆轴承在改用深沟球轴承后出现上述提前失效的现象，进行以下校核计算。[1～6] 2.计算极限轴向载荷 2.1丝杆支撑受力分析： 驱动机构的双头丝杆有三个支撑，分别为靠近电机侧的左支撑、中间支撑和右支撑。其中，丝杆在中间支撑和右支撑位置只受周向固定，轴向没有限位，为自由状态，可适应丝杆热胀冷缩时产生的长度变化。 我们假设丝杆承受的最大开/关门力300N全部作用在左支撑上，通过左支撑内的两只深沟球轴承传递给机构安装底板。丝杆轴向、径向受力分析如示意图（a）所示。由图（a）可知，丝杆的升角为45.52762°，丝杆承受轴向力为300N时，其径向分力约为295N。丝杆及其上零件承受的重力作用在左支撑轴承上的垂向分力约为80N。据此，作用在左支撑深沟球上的轴向载荷为Fa=300N，径向载荷Fr=375N。 2.2轴承的轴向承载能力计算 深沟球轴承6202-2Z 的结构尺寸及相关参数如下：（GB/T 276-1994） 轴承外径D=35mm，轴承内径d=15 mm，轴承宽度B=11 mm；内圈挡边直径d2=21.6 mm，外圈挡边直径D2=29.4 mm，内圈沟道直径di=19.3mm，外圈沟道直径D3=31.3mm，外圈沟道曲率系数fe = 0.525；内圈沟道曲率系数fi = 0.515；径向游隙ur = 0.018；球径Dw=5.953mm，钢球数Z=8；Cr=7.65kN，C0r=3.72kN。相关尺寸关系图，如示意图（b）。其中，α是接触椭圆到达挡圈挡边处的安全接触角（压力角）
滚动轴承的工作情况分析及计算
第一讲 一、教学目标 （一）能力目标 能判断常用滚动轴承的类型；理解其代号的含义；会选用滚动轴承 （二）知识目标 1.了解滚动轴承的类型、特点，掌握滚动轴承的代号 2.掌握滚动轴承的选择 二、教学内容 滚动轴承的类型、代号及选用 三、教学的重点与难点 重点：滚动轴承的类型、特点及代号。 难点：滚动轴承类型的选择。 四、教学方法与手段 采用多媒体教学（加动画演示），结合教具，提高学生的学习兴趣。 14.1 轴承的功用和类型 轴承的功用：支承轴及轴上的旋转零件，使其回转并保证一定的旋转精度，减少相对摩擦和磨损。 轴承的分类：按摩擦的性质分，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承。 滑动轴承滚动轴承 14.2 滚动轴承的组成、类型及特点 滚动轴承是标准件，由专业工厂生产。设计时只需根据轴承工作条件选用合适的类型和
尺寸的滚动轴承，进行寿命计算，并对轴承的安装、润滑、密封给予合理设计和安排。 滚动轴承的特点 优点： 1）f小起动力矩小，η高； 2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）； 3）轴向尺寸小； 4）某些轴能同时承受Fr和Fa，使机器结构紧凑； 5）润滑方便、简单、易于密封和维护； 6）互换性好（标准零件） 缺点： 1）承受冲击载荷能力差； 2）高速时噪音、振动较大； 3）高速重载寿命较低； 4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承） 应用：广泛应用于中速、中载和一般工作条件下运转的机械设备。 14.2.1 滚动轴承的组成 滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架所组成。 滚动体的形状短圆柱形 柱形长圆柱形 螺旋滚子滚柱轴承 圆锥滚子
鼓形滚子 滚针 保持架是使滚动体等距分布，并减少滚动体间的摩擦和磨损。 滚动轴承的材料：内、外圈、滚动体—GCr15、GCr15-SiMn等轴承钢，热处理后硬度HRC60~65；保持架：低碳钢、铜合金或塑料、聚四氟乙烯。 14.2.2 滚动轴承的基本类型及特点 接触角α：滚动体与外圈内滚道接触点的法线方向与轴承径向平面所夹的角。 滚动轴承按能承受的负荷方向或公称接触角 不同，可分为向心轴承和推力轴承。向心轴承又可以分为径向接触轴承（α＝0）和角接触向心轴承（0＜α＜45）推力轴承又可以分为轴向接触轴承（α＝90）和角接触推力轴承（45＜α＜90） 径向接触轴承：只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷； 角接触向心轴承：既能承受径向载荷，也能承受一定的轴向载荷； 轴向接触轴承：只能承受轴向载荷，不能承受径向载荷； 角接触推力轴承：既能承受轴向载荷，也能承受一定的径向载荷 14.3 滚动轴承的代号 滚动轴承是标准件，GB272／T-93规定了轴承代号的表示方法。轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号三部分构成。 14.3.1 基本代号 由类型代号、尺寸系列代号和内径代号组成。 类型代号由一位(或两位)数字或英文字母表示，其相应的轴承类型参阅设计手册。 尺寸系列代号由两位数字组成。前一个数字表示向心轴承的宽度或推力轴承的高度；后一个数字表示轴承的外径。直径系列代号为7表示超特轻；8、9表示超轻；0、1表示特轻；2表示轻；3表示中；4表示重；5表示特重；宽度系列代号为0表示窄型；1表示正常；2
深沟球轴承设计方法
深沟球轴承设计方法 1 外形尺寸 1.1 轴承的基本尺寸d 、D 、B 按GB/T 273.3的规定 1.2 装配倒角r 1、r 2按GB/T 274的规定 2 主参数的设计方法 2.1 钢球直径Dw Dw=Kw （D-d ） 取值精度0.001 为保证钢球不超出端面，要考虑轴承宽度B 。 Kw 取值见表1 表1 Kw 值 2.1.1 常见钢球直径可查GB/T 308 2.1.2 计算出Dw 后，应从中选取最接近计算值的标准钢球值，优先选非英制。 2.2 钢球中心圆直径P P=0.5（D+d ） 取值精度0.01 2.3 球数z 式中ψ为填球角，计算时按表2取值 直径系列 公称内径 8、9、1 2 3 4 ≤35 0.24～0.31 0.29～0.31 0.28～0.32 0.25～0.31 超过 35～120 0.25～0.32 0.31～0.32 0.32 0.25～0.32 超过120～120 0.24～0.30 0.26～0.31 0.29～0.31 0.25～0.30
表2 ψ值 2.4额定载荷的计算 2.5最后确定Dw、P、z的原则 2.5.1满足额定载荷的要求。 2.5.2应最大限度的通用化和标准化，对基本尺寸相同或相近的 承应尽可能采用相同的球径、球数。 2.5.3保证保持架不超出端面，对D≤200mm的1、2、3系列轴承要考虑安 防尘盖与密封圈的位置。优化设计时轴承兜孔顶点至端面的距离a b应满足如下要求： D≥52～120 ，a b≥2 ；D≤50 ，a b≥1.50 D＞125～200，a b≥2.5。 2.5.4填球角ψ的合理性。大批生产并需自动装球的轴承ψ角宜取 186°左右，为了使z获得整数并控制ψ角，允许钢球中心径适当加大至最大不得大于P+0.03P。 2.6 实取填球角ψψ=2（z-1）sin-1 （Dw/P） 实取填球角ψ下限不得小于180°，上限应满足下列要求： 8、9、1系列ψ≤195°2系列ψ≤194° 3系列ψ≤193°4系列ψ≤192°
机械设计滚动轴承计算题
如图所示的轴系，已知轴承型号为30312，其基本额定动载荷C r=170000N，e=；F r1=11900N，F r2=1020N，F ae=1000N，方向如图所示；轴的转速n=980r/min；轴承径向载荷系数和轴向载荷系数为：当F a/ F r e时，X=1，Y=0；当F a/ F r e 时，X=，Y=；派生轴向力F d=F r/(2Y)，Y为F a/F r e时的Y值。载荷系数f p=，温度系数f t=1。试求轴承的寿命。 F r1F r2 F ae 12
解：（1）画派生轴向力方向 F r1 F r2 1 2 F ae F d1 F d2 （2）计算派生轴向力F d F d1=F r1/（2Y ）=11900/（2×）=3500N F d2=F r2/（2Y ）=1020/（2×）=300N （3）计算轴向力F a F ae + F d1=1000+3500=4500N>300N=F d2 轴承2被“压紧”，轴承1被“放松” F a1=3500N ，F a2=F ae + F d1=4500N （4）计算载荷系数 F a1/ F r1＝3500/11900＝<= e ，所以取X 1＝1，Y 1＝0 F a2/ F r2＝4500/1020＝>=e ，所以取X 2＝，Y 2＝ （5）计算当量动载荷P P 1＝f p (X 1F r1+Y 1F a1)=×(1×11900+0×=14280N P 2＝f p (X 2F r2+Y 2F a2)=××1020＋×4500)＝ P =max{P 1，P 2}=14280N （6）计算轴承寿命L h 65518h 1428017000019806010601066h ≈?? ? ?????=??? ??= ε εP C f n L t 2、某轴两端各用一个30208轴承支承，受力情况如图。F r1=1200N ，F r2=400N ，F A =400N ，载荷系数f P =，已知轴承基本额定动负荷C r =34KN ，内部轴向力F S =F r /2Y 。试分别求出两个轴承的当量动载荷。（14分）
深沟球轴承设计
深沟球轴承设计计算 Ⅰ.编制说明: 1.沟道曲率半径必须满足Rimax<0.52Dw,Remax<0.53Dw,且Rimax 8. JB/T 10239-2001 滚动轴承深沟球轴承卷边防尘盖技术条件 9. JB/T 10239-2001 滚动轴承零件冲压保持架技术条件 10. CSBTS TC98.56-1999 滚动轴承零件深沟和角接触球轴承套圈公差 11. CSBTS TC98.58-1999 深沟和角接触球轴承套圈沟形公差 12. CSBTS TC98.64-1999 深沟及角接触球轴承套圈沟道圆形偏差 设计轴承型号：6020 一. 轴承的基本(外形)尺寸的确定 依据型号算d,查GB(GB 276-1994,GB 274-2000) 可知D、B、r 1.轴承公称内径d=100.0(mm) 2.轴承公称外径D=150.0(mm) 3.轴承公称宽度T=2 4.0(mm) 4.轴承单向最小倒角rsmin=1.5(mm) 二、滚动体直径的设计 1.钢球直径Dw按下式计算: Dw=Kw (D-d) Kw分档取值见表1,Dw的取值精度为0.001. 计算出Dw后,应从表2中选取接近计算值的标准钢球尺寸. 表1 Kw值 直径系列 100200300400 d(mm) d≤350.24~0.300.24~0.310.25~0.320.28~0.32 35＜d≤1200.30~0.320.30~0.320.30~0.330.30~0.32 20＜d≤2400.29~0.320.28~0.320.29~0.320.25~0.30 标准钢球直径Dw mm 见GB/T 308-2002 滚动轴承钢球 滚动轴承常见的失效形式及原因分析+浪逐风尖 2008-11-05 10:55 滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。 一，疲劳剥落 疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面． 轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有： 1、次表面起源型 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动 表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。 2、表面起源型 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。 3、工程模型 工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下： A、制造因素 1、产品结构设计的影响 产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。 2、材料品质的影响 习题与参考答案 一、复习思考题 1 在机械设备中为何广泛采用滚动轴承？ 2 向心角接触轴承为什么要成对使用、反向安装？ 3 进行轴承组合设计时，两支点的受力不同，有时相差还较大，为何又常选用尺寸相同的轴承？ 4 为何调心轴承要成对使用，并安装在两个支点上？ 5 推力球轴承为何不宜用于高速？ 6 以径向接触轴承为例，说明轴承内、外圈为何采用松紧不同的配合。 7 为什么轴承采用脂润滑时，润滑脂不能充满整个轴承空间？采用浸油润滑时，油面不能超过最低滚动体的中心？ 8 轴承为什么要进行极限转速计算？计算条件是什么？ 9 试说明轴承代号6210的主要含义。 10 题10图示的简支梁与悬臂梁用圆锥滚子轴承支承，试分析正装和反装对轴系的刚度有何影响。 题10图 二、选择题(从下列各小题给出的A、B、C、D答案中任选一个) 1 若转轴在载荷作用下弯曲较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为的轴承。 A. 1或2 B. 3或7 C. N或NU D. 6或NA 2 一根轴只用来传递转矩，因轴较长采用三个支点固定在水泥基础上，各支点轴承应选用。 A. 深沟球轴承 B. 调心球轴承 C. 圆柱滚子轴承 D. 调心滚子轴承 3 滚动轴承内圈与轴颈、外圈与座孔的配合。 A. 均为基轴制 B. 前者基轴制，后者基孔制 C. 均为基孔制 D. 前者基孔制，后者基轴制 4 为保证轴承内圈与轴肩端面接触良好，轴承的圆角半径r与轴肩处圆角半径r1应满足的关系。 A. r=r1 B. r＞r l C. r＜r1 D. r≤r l 5 不宜用来同时承受径向载荷和轴向载荷。 A. 圆锥滚子轴承 B. 角接触球轴承 C. 深沟球轴承 D. 圆柱滚子轴承 6 只能承受轴向载荷。 A. 圆锥滚子轴承 B. 推力球轴承 C. 滚针轴承 D. 调心球轴承 7 通常应成对使用。 A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承 C. 推力球轴承 D. 圆柱滚子轴承 8 跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用。 A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承 C. 调心滚子轴承 D. 圆柱滚子轴承 9 不是滚动轴承预紧的目的。 A. 增大支承刚度 B. 提高旋转精度 C. 减小振动噪声 D. 降低摩擦阻力 10 滚动轴承的额定寿命是指同一批轴承中的轴承能达到的寿命。 A. 99％ B. 90％ C. 95％ D. 50％ 11 适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承。 A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承 C. 角接触球轴承 D. 调心轴承 12 角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角 的增大而。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不定 13 某轮系的中间齿轮（惰轮）通过一滚动轴承固定在不转的心轴上，轴承内、外圈的配合应满足。 深沟球轴承设计方法 1外形尺寸 1.1轴承的基本尺寸d、D、B按GB/T 273.3的规定 1.2装配倒角r1、r2按GB/T 274的规定 2主参数的设计方法 2.1 钢球直径Dw Dw=Kw（D-d）取值精度0.001 为保证钢球不超出端面，要考虑轴承宽度B。 Kw取值见表1 表1 Kw值 2.1.1 常见钢球直径可查GB/T 308 2.1.2 计算出Dw后，应从中选取最接近计算值的标准钢球值，优先选非英制。 2.2 钢球中心圆直径P P=0.5（D+d）取值精度0.01 2.3 球数z 式中ψ为填球角，计算时按表2取值 表2 ψ值 2.4额定载荷的计算 2.5最后确定Dw、P、z的原则 2.5.1满足额定载荷的要求。 2.5.2应最大限度的通用化和标准化，对基本尺寸相同或相近的 承应尽可能采用相同的球径、球数。 2.5.3保证保持架不超出端面，对D≤200mm的1、2、3系列轴承要考虑安 防尘盖与密封圈的位置。优化设计时轴承兜孔顶点至端面的距离a b应满足如下要求： D≥52～120 ，a b≥2 ；D≤50 ，a b≥1.50 D＞125～200，a b≥2.5。 2.5.4填球角ψ的合理性。大批生产并需自动装球的轴承ψ角宜取 186°左右，为了使z获得整数并控制ψ角，允许钢球中心径适当加大至最大不得大于P+0.03P。 2.6 实取填球角ψψ=2（z-1）sin-1 （Dw/P） 实取填球角ψ下限不得小于180°，上限应满足下列要求： 8、9、1系列ψ≤195°2系列ψ≤194° 3系列ψ≤193°4系列ψ≤192° 3套圈设计 3.1 内沟曲率半径Ri Ri≈0.515Dw 3.2 外沟曲率半径Re Re≈0.525Dw Ri、Re取值精度0.01，允差见表3 表3 Ri和Re公差（上偏差） 3.3 内滚道直径di di=P-Dw 3.4 外滚道直径De De=P+Dw di和De取值精度0.001，允差见表43 表4 di和De公差（±） 3.5 沟位置a a=a i=a e=B/2 a取值精度0.1，允差见表5 第十四讲：滚动轴承 【学习目标】 1、掌握滚动轴承的代号及含义 2、了解滚动轴承的作用。 3、掌握滚动轴承的分类。 4、掌握滚动轴承的组成及功能。 【知识解析】 轴承（“Bearing”，日本人称“轴受”）是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件。它的主要功能是支撑转动的轴及轴上零件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。 一、滚动轴承 1、滚动轴承的作用 滚动轴承是标准件，用于支承轴颈的部件，有时也用来支承轴上的回转零件。滚动轴承使用、安装、维修方便、价格较便宜，应用广。采用滚动轴承的机器起动力矩小，有利于在负载下起动。对于同尺寸的轴颈，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，可使机器的轴向结构紧凑。大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，因此轴承组合结构较简单。但滚动轴承存在承受冲击载荷能力较差；高速重载荷下轴承寿命较低；振动及噪声较大的缺点。 2、滚动轴承的组成及功能 滚动轴承的组成（如图14—1所示）及功能 1）外圈（代号01）——通常与轴承座孔或机械部件的壳体配合，起支撑作用。 2）内圈（代号02）——通常与轴是紧配合，并与轴一起旋转。 3）保持架（代号07及46，如图14—2所示）——将滚动体均匀隔开，避免摩擦，将滚动体均匀的分隔开，引导滚动体在正确的轨道上运动。 4）滚动体（代号04）——借助保持架均匀的排列在内、外圈之间，它的行状、大小和数量直接决定轴承的承载能力。它是滚动轴承的核心元件。 滚动体的大小和数量直接影响轴承的承载能力。在球轴承内、外圈上都有凹槽滚道，它起着降低接触应力和限制滚动体轴向移动的作用。保持架使滚动体等距离分布并减少滚动体间的摩擦和磨损。如果没有保持架，相邻滚动体将直接接触，且相对摩擦速度是表面速度的 滚动轴承的校核计算及公式 滚动轴承的校核计算及公式 1基本概念 1?轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳剥落扩展迹象前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。 批量生产的元件，由于材料的不均匀性，导致轴承的寿命有很大的离散性，最长和最短的寿命可达几十倍，必须采用统计的方法进行处理。 2?基本额定寿命：是指90%可靠度、常用材料和加工质量、常规运转条件下的寿命，以符号L10 （r）或L10h （h）表示。 3.基本额定动载荷（C）:基本额定寿命为一百万转（106）时轴承所能承受的恒定载荷。即在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作106转而不发生点蚀失效，其可靠度为90%。基本额定动载荷大，轴承抗疲劳的承载能力相应较强。 4.基本额定静载荷（径向C0r，轴向C0a）:是指轴承最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时所相当的假象径向载荷或中心轴向静载荷。 在设计中常用到滚动轴承的三个基本参数：满足一定疲劳寿命要求的基本额定动载荷Cr （径向）或Ca （轴向），满足一定静强度要求的基本额定静强度C0r （径向）或C0a （轴向）和控制轴承磨损的极限转速N0。各种轴承性能指标值C、 C0、N0等可查有关手册。2寿命校核计算公式 滚动轴承的寿命随载荷的增大而降低，寿命与载荷的关系曲线如图 17-6，其曲 线方程为 P L io =常数 其中P-当量动载荷，N ; L io -基本额定寿命，常以106r 为单位（当寿命为一百 万转 时，L io =1 ）；匕寿命指数，球轴承& =3滚子轴承& =10/3 由手册查得的基本额定动载荷 C 是以L io =1、可靠度为90%为依据的。由此可 得当轴 承的当量动载荷为P 时以转速为单位的基本额定寿命 L 10为 C ￡ X 1=P ￡儿10 L 1o =(C/P) ￡ 106r (17.6) 若轴承工作转速为n r/min ，可求出以小时数为单位的基本额定寿命 (17.7) 应取L 10>Ih 'o L h '为轴承的预期使用寿命。通常参照机器大修期限的预期使用 寿命。 若已知轴承的当量动载荷P 和预期使用寿命L h '，则可按下式求得相应的计算额 定动 载荷C'，它与所选用轴承型号的C 值必须满足下式要求 16670<€> ￡■ 二 n IF 丿 摘要 本文对CAD在机械设计中的应用、机械CAD程序编制的特点及方法、面向对象的CAD程序编制原理等进行了分析和研究。运用Visual FoxPro 6.0数据库管理系统对各种型号的滚动轴承进行数据收集、整理和分析，建立数据库。以模块化设计思想为指导,将VB这个可视化的、面向对象的编程语言作为开发工具,开发了用户界面友好的滚动轴承自动设计系统,提高了设计质量,实现了计算机自动查询相关数据并自动利用公式计算,替代传统的手工计算,提高了设计效率。 关键词：计算机辅助设计；数据库；VB语言 ABSTRACT In this paper, analysed the application of CAD in mechanical design, mechanical characteristics and methods of CAD programming, object-oriented CAD programming principle. Rolling bearings of various types using Visual FoxPro 6 database management system for data collection, collation and analysis, to establish a database. Based on the modular idea, will VB this visualization, object-oriented programming language as a development tool, developed a friendly user interface of the rolling bearing automatic design system, improve the quality of design, has realized the computer automatic search of the relevant data and automatically using a formula, to replace the traditional manual calculation, improve the efficiency of design. Keywords: Computer Aided Design;Data base ; Visual Basic language 标准滚动轴承承载能力计算 在跟踪架通用轴系中，标准滚动轴承是重要的部件，轴承的承载能力计算是轴系设计中的关键问题。采用通用轴系后，地平式跟踪架水平轴两端的轴承主要承受径向载荷，同时承受一定量的轴向载荷。垂直轴上的轴承要承载垂直轴及上部转体的负荷，载荷较大；另一方面垂直轴为了满足强度和刚度的要求，轴径一般较大，轴承的尺寸与轴要相互配合，因此使用时必须考虑轴承的尺寸和轴向承载能力。同时为了减少跟踪架的成本，尽量采用轴承厂批量生产的轴承。 角接触球轴承按公称接触角分为 15°、25°、40°三种类型，公称接触角越大，轴向承载能力越强。 目前批量生产的角接触球轴承，尺寸最大是接触角为 25°的 7244AC，其外形尺寸为 220 ×400×65。 下表中给出了 7244AC 轴承的相关参数 轴承额定载荷选取的流程为： （1）计算滚动轴承的当量载荷 在实际应用中，根据跟踪架承载状况先估算出轴承承受的径向载荷和轴向载荷，则可计算出此时轴承的当量动载荷 P 为： 式中 X ——径向动载荷系数； Y ——轴向动载荷系数； ——载荷系数。 （2）基本额定动载荷 C 选取 计算出轴承实际工作时的当量载荷后，当轴承的预期使用寿命选定，轴 承最大转速n可知时，可计算出轴承应具有的基本额定动载荷C′，在手册中选择轴承时，所选轴承应满足基本额定载荷 C > C′。 式中 ——温度系数，可从机械设计手册中查得； ε——寿命指数，球轴承取3，滚子轴承取10/3。 由于角接触轴承的径向承载能力大于轴向承载能力，而其在垂直轴上的应用主要承受较大轴向载荷，因此必须考虑其轴向承载能力。 （3）轴承受轴向载荷时承载能力分析 在轴承转速不高时，可以忽略钢球离心力和陀螺力矩的影响，钢球与内外套圈的接触角相等。 由赫兹接触理论得到轴承滚动体与内外滚道的接触变形和负荷之间的相互关系，可以表示为 式中 —滚动体与内外滚道接触变形总量； K —系数； Q —滚动体承受载荷； t —指数，线接触时为，点接触时为 2/3。 第十三章滚动轴承 §１３—１概述： 1．优点：（与滑动轴承相比） 摩擦小，功耗低，起动、正反转容易。 2．滚动轴承的结构： P.307.图13-1 1）内圈：装在轴颈上，一般随轴颈转动。 2）外圈：装在轴承座中，一般固定。 3）滚动体：处于内外圈之间，将内外圈的相对转动变成滚动体在滚道上的滚动。 4）保持架：均匀地隔开滚动体，有二种： 3 4．轴承设计： §１３—２ 滚动轴承的主要类型及其代号： 一．主要类型、性能与特点： 1．类型 1）向心轴承： 主要承受径向载荷的轴承 2）推力轴承： 3 2．接触角α、载荷角β： 1 处的法线nn 与半径方向的夹角。 2）β：轴承实际承受的径向载荷R 的合力与半径方向的夹角。 5．性能与特点： 二．滚动轴承的代号： 滚动轴承类型很多，每种类型又有多种不同的结构，尺寸及公差等级，为统 一表征各类轴承的特点，GB/T 272-1993 规定轴承代号由以下三部分组成： 1．基本代号： 1① 代号 内径② 内径＜10 或 可见 2 代号 7、8、9、0、1、2、3、4、5 系列外径依次增大 P.312.图13-4 3）宽度系列：表示结构、内径、直径系列都相同的轴承在宽度方面的变化 ① O表示正常宽度系列： a. 一般轴承，表示正常宽度的O可不标 b. 对调心及圆锥滚子轴承，代号O应标出 ②直径系列中也含轴承宽度，但该宽度是随直径的相应变化 注：直径系列代号和宽度系列代号统称为尺寸系列代号 4）类型代号：表示轴承的类型（数字或字母）。以下几种应记住 1 ──调心球轴承 3 ──圆锥滚子轴承 6 ──深沟球轴承 7 ──角接触球轴承 N ──圆柱滚子轴承 2．后置代号： 用数字或字母表示轴承的结构,公差及材料的特殊要求,很多(P.304.表13-2) 以下仅介绍几个常用代号 1）内部结构代号：（字母）表示同类轴承的不同内部结构。 如：角接触球轴承代号 C AC B 接触角 15° 25° 40° 2）公差等级代号：表示公差等级，共6级 代号 /P2 /P4 /P5 /P6 /P6x /P0 公差等级 2级 4级 5级 6级 6x级 0级（精度渐低） （0级为普通级，在轴承代号中不标） 3）游隙代号：表示轴承的径向游隙，共6个组别 代号 /C1 /C2 /C0 /C3 /C4 /C5 游隙组别 1组 2组 0组 3组 4组 5组（径向游隙渐大） （0组是常用游隙组别，在轴承代号中不标） 3．前置代号：用字母表示轴承的分部件（套圈、滚动体与保持架组件等）。 4．说明：轴承代号复杂，但对无特殊要求的一般轴承，代号较简单。 例： 6308 ──内径为40mm、尺寸系列为03、正常结构、0级公差、0组 游隙的深沟球轴承。 7211C/P5──内径为55mm、尺寸系列为02、接触角α=15°、5级 深沟球轴承设计 ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: 深沟球轴承设计计算 Ⅰ.编制说明: 1.沟道曲率半径必须满足Rimax＜0.５２Dw,Reｍａx＜０．5３Dw,且Rimax＜Remin,取单向加公差。 2．外圈沟道直径De的名义尺寸一律加上轴承基本组径向游隙的平均值,即De ＝ｄｉ+2Dｗ+U,U=(Umin＋Ｕmax）/2(见附表3）,以提高装配率。 Ⅱ.适用范围： １.密封深沟球和带防尘盖深沟球轴承设计纳入本设计方法．适用于10０,2００,300系列轴承外径30～180mｍ的带单面或双面密封的接触式、非接触式密封深沟球轴承和带防尘盖的深沟球轴承. 2．密封设计以外圈带密封槽、内圈光挡边的接触式密封球轴承为基础,非接触式密封球轴承的代号,在接触式密封球轴承代号后加:K,以资区别. 例:1802０４表示接触式密封球轴承,1８0２04K表示非接触式密封球轴承．Ⅲ．引用标准: 1. GB/T 276-19９４滚动轴承深沟球轴承外形尺寸 2. GＢ/Ｔ 2７4-2000?滚动轴承倒角尺寸最大值 3. GB/T 7811—19９９?滚动轴承参数符号 4. GB/T 307.１-199４滚动轴承向心轴承公差 5. GB/Ｔ 308-2００2?滚动轴承钢球 6. GB/T 63９1-１99５?滚动轴承额定动载荷和额定寿命 ７． GB/T 781１－1９99?滚动轴承参数符号 ８. ＪB／T 1０23９-2001?滚动轴承深沟球轴承卷边防尘盖技术条件 ９. JB/T 1023９－20０１?滚动轴承零件冲压保持架技术条件 1０. CSBTS TC9８.56-1９99?滚动轴承零件深沟和角接触球轴承套圈公差 11. ＣＳＢTS ＴC９８.５8-19９9 深沟和角接触球轴承套圈沟形公差 12. CSBTS TC98.64-１99９深沟及角接触球轴承套圈沟道圆形偏差 设计轴承型号:６020 一. 轴承的基本(外形）尺寸的确定 依据型号算d,查ＧＢ(GＢ 2７6-19９4，GB ２74－2０00) 可知D、Ｂ、ｒ 1.轴承公称内径ｄ＝10０.０(ｍm) 2.轴承公称外径D=１５0．0（mｍ） 3.轴承公称宽度T=24．0(mm) 4.轴承单向最小倒角rｓmin＝1.5(ｍm） 二、滚动体直径的设计 1.钢球直径Dw按下式计算: Dw=Kw (D-d） Kｗ分档取值见表１，Dw的取值精度为0.001. 计算出Ｄw后,应从表2中选取接近计算值的标准钢球尺寸． 表1 Kw值 直径系列 1 d(mｍ) ｄ≤３50.24~0．30０.2４～0.３１0.25～0.320.2８～０.32 滚动轴承的失效分析● ● 1 概述 滚动轴承是重要的机械基础件之一，轴承的运行 状况直接影响主机运行质量。现在使用者对轴承 的质量、精度、使用寿命等要求越来越高，对轴 承的选型、安装、使用及维护和保养也越来越重 视。通过轴承失效分析，可以直观地发现轴承损 坏的因素，便于查找引起轴承失效的根本原因。 2 失效分析的方法 滚动轴承的失效原因比较复杂，涉及到多方面的 专业知识，需要对轴承的结构特性、加工方法、 各个零件的加工工艺及设备有一定的了解。现在 所涉及的只是常见失效形式，根据轴承的结构特 性，结合轴承的使用工况，通过对轴承的安装、 配合及调整的分析，对运行速度、温升，受力分 析，包括对轴承使用过程中维护、保养的分析 等，归纳总结出轴承早期失效过程和失效原因 （常规分析）。 3 轴承失效分析步骤（一） ●一.收集轴承使用数据—这是进行分析的重要依 据，数据应尽可能全面。包括以下方面： ●概述轴承使用情况。（现场人员的叙述及记录） ●安装和拆卸轴承的方法。 ●轴承所承受的负荷。（负荷的类型、极限） ●轴承工作时的转速。（恒定、变化、极限） ●轴承润滑情况。（方式、润滑剂类型） ●轴承工作时的温度。（恒定、变化） 4 轴承失效分析步骤（二） ●轴承与轴和轴承座的配合情况。（配合种类） ●轴承的旋转方式。（内、外圈旋转，变向） ●轴承的密封情况。（采用的密封方式） ●可能产生的的振动源 ●周围的的灰尘和温度 ●可能通过轴承的电流 ●可能产生的水和其他流体污染源 5 轴承失效分析步骤（三） ●二.拆卸前的观察 ●工作环境及污染情况。（周围的环境条件，是否 有异物进入轴承） ●润滑剂流失的情况。（检查润滑系统） ●轴承损坏的过程。（首次出现异常的时间和现 象，如噪音、温升、振动） 6 第16章滚动轴承 §16-1 滚动轴承的基本类型和特点§16-2 滚动轴承的代号§16-3 滚动轴承的选择计算§16-4 滚动轴承的润滑和密封 §16-5 滚动轴承的组合设计 带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。 §16-1 滚动轴承的基本类型和特点 各零件的作用：外圈：支撑零件或轴系； 保持架: 将滚动体分开。 内圈：支撑轴； 滚动体：滑动 滚动；硬度和接触疲劳强度↑、耐磨性和冲击韧性↑ 用含铬合金钢制造，经热处理后硬度达：61~65HRC 。工作表面需经磨削或抛光。 冲压制成滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。内外圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。 装在机座或零件轴孔内； 滚动副的材料要求： 优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、 和易于互换等。 缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。滚动轴承按其承受载荷的方向（接触角）和滚 动体的形状分类。接触角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴 心线的平面之间的夹角称为公称接触角。 接触角↑ → 轴向承载能力↑α= 0? 表16-1 各类轴承的公称接触角 轴承类型公称接触角 向心轴承主要承受径向载荷 推力轴承主要承受轴向载荷 径向接触角接触轴向接触角接触0? <α<45? α α= 90? α 它是滚动轴承的一个重要参数，轴承的 受力分析和承载能力等都与接触角有关。 45? <α<90? α 滚动轴承标准化; 并由专业厂大批量生产。 设计人员的主要任务是: 熟悉标准，正确选用。 ..基于ANSYS深沟球轴承有限元分析设计 深沟球轴承实物图 1.建立模型 （1）定义文件名：utility Menu==File==zhoucheng,弹出如图1-3所示的choucheng 对话框，在Enter new jobname 文本框中输入Bearing ，并将New log and error files 复选框选为yes ，点击OK按键。 图1-1 ANSYS开始界面 图1-2 命名命令图1-3 命名对话框 （2）：定义单元类型：Main Menu==Preprocessor==Element Type==Add/Edit/Delete,弹出Element Types 对话框，如图1-4展现的，点击Add 按钮，出现1-5所示的Library of Element Types 对话框，点击选择Structural Solid 和Brick 8node 185 ,点击OK按键，然后点击 Element Types 对话框出现的close按键，退出。 图1-4 Element Types 对话框 图1-5 Library of Element Types 对话框 （3）：定义材料性质：Main Menu==Preprocessoe==Material Props==Material Models,出现如图1-7所示的Define Material Model Behavior 对话框，在Material Models Available 出现的选项中依次点击Structural==Linear==Elastic==Isotropic ,出现如图1-8所示Linear Isotropic Propertities for Material 对话框，在EX 框中输入3E006，在PRXY框中输入0.3，点击OK 按键。然后退出对话框。 图1-6 定义材料命令图1-7 Define Material Model Behavior 对话框 第十三章滚动轴承 1滚动轴承相对于滑动轴承的特点有：1）起动阻力小；2）承受冲击载荷能力差；3）寿命较短；4）噪声较大；5）润滑方便；6）维护简便；7）节省有色金属；8）径向尺寸大；上述有多少条是滚动轴承的优点？ （A）1条；（B）2条；（C）3条；（D）4条。 2滚动轴承的基本元件是：1）内圈；2）外圈；3）滚动体；4）保持架。不可缺少的元件是哪个？ （A）1）；（B）2）；（C）3）；（D）4）。 3图示滚动轴承中，有多少种只能承受径向载荷？ （A）1种； （B）2种； （C）3种； （D）4种。 4题3图中，有多少中轴承只能承受轴向载荷？（）（A）1种；（B）2种；（C）3种；（D）4种。 5下列轴承中，哪一类不宜用来同时承受径向载荷和轴向载荷？（）（A）深沟球轴承；（B）角接触球轴承； （C）调心球轴承；（D）圆锥滚子轴承。 6在尺寸相同的情况下，下列哪一类轴承能承受的轴向载荷最大？（）（A）深沟球轴承；（B）调心球轴承； （C）角接触球轴承；（D）圆锥滚子轴承。 7下列轴承中，当尺寸相同时，哪一类轴承的极限转速最高？（）（A）深沟球轴承；（B）滚针轴承； （C）圆锥滚子轴承；（D）推力球轴承。 8角接触球轴承承受轴向载荷的能力，主要取决于哪一个因素？（）（A）轴承宽度；（B）滚动体数目； （C）轴承精度；（D）接触角大小。 9具有调心作用的轴承代号为哪两个？（）（A）1000型；（B）3000型； （C）6000型；（D）7000型。 10下列轴承中，精度最高的是哪一个？（）（A）6205/P2；（B）6310/P4；（C）6208/P5；（D）6418。 11 6312轴承内圈的内径是多少？（） （Ａ）12mm；（B）60mm；（C）120mm；（D）312mm。 滚动轴承的校核计算及公式 1 基本概念 1．轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳剥落扩展迹象前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。 批量生产的元件，由于材料的不均匀性，导致轴承的寿命有很大的离散性，最 长和最短的寿命可达几十倍，必须采用统计的方法进行处理。 2．基本额定寿命：是指90%可靠度、常用材料和加工质量、常规运转条件下 的寿命，以符号L10（r）或L10h（h）表示。 3．基本额定动载荷（C）：基本额定寿命为一百万转（106）时轴承所能承受 的恒定载荷。即在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作106 转而不发生点蚀 失效，其可靠度为90%。基本额定动载荷大，轴承抗疲劳的承载能力相应较强。 4．基本额定静载荷（径向C0r，轴向C0a）：是指轴承最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时所相当的假象径向载荷或中心轴向静载荷。 在设计中常用到滚动轴承的三个基本参数：满足一定疲劳寿命要求的基本额定 动载荷Cr（径向）或Ca（轴向），满足一定静强度要求的基本额定静强度 C0r（径向）或C0a（轴向）和控制轴承磨损的极限转速N0。各种轴承性能指 标值C、C0、N0等可查有关手册。 2 寿命校核计算公式 图17-6 滚动轴承的寿命随载荷的增大而降低，寿命与载荷的关系曲线如图17-6，其曲线方程为 PεL10=常数 其中 P-当量动载荷，N；L10-基本额定寿命，常以106r为单位（当寿命为一百万转时，L10=1）；ε-寿命指数，球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3。 由手册查得的基本额定动载荷C是以L10=1、可靠度为90%为依据的。由此可得当轴承的当量动载荷为P时以转速为单位的基本额定寿命L10为 Cε×1=Pε×L10 L10=(C/P)ε 106r (17.6) 若轴承工作转速为n r/min，可求出以小时数为单位的基本额定寿命 h （17.7） 应取L10≥L h'。 L h '为轴承的预期使用寿命。通常参照机器大修期限的预期使用寿命。 若已知轴承的当量动载荷P和预期使用寿命L h'，则可按下式求得相应的计算额定动载荷C'，它与所选用轴承型号的C值必须满足下式要求滚动轴承常见的失效形式及原因分析
滚动轴承设计.
深沟球轴承设计方法
滚动轴承及代号解读
滚动轴承的校核计算及公式
滚动轴承设计论文 2
标准滚动轴承承载能力计算
《机械设计》讲义之滚动轴承
深沟球轴承设计
滚动轴承失效分析 (1)
第16章滚动轴承分析
滚动轴承ANSYS分析命令正文
【机械设计】滑动轴承和滚动轴承
滚动轴承的校核计算及公式