專利名稱：滾動軸承極限設(shè)計方法
滾動軸承的一種新的設(shè)計方法，適用于圓柱、圓錐、球面、推力調(diào)心等各種類型的滾動軸承。
國內(nèi)目前采用的滾動軸承設(shè)計方法是對國外同類產(chǎn)品進(jìn)行測試，提出主參數(shù)，然后按滾動軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的基本原理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。其步驟是首先確定滾動體直徑，其次按設(shè)計公式確定套圈的尺寸，然后對套圈最小壁厚作強(qiáng)度校核，當(dāng)壁厚大于強(qiáng)度值時，設(shè)計通過，主參數(shù)以此確定。但用此方法設(shè)計的軸承其額定負(fù)荷大都低于國外先進(jìn)國家水平，特別是對特大型軸承(外徑大于440mm的軸承)此外，國內(nèi)多年來曾采用原蘇五十到六十年代的設(shè)計方法，軸承的額定負(fù)荷仍遠(yuǎn)低于國外的設(shè)計水平。
本發(fā)明的目的是針對上述問題，提出一種極限設(shè)計法，基于對滾動軸承疲勞壽命的研究，提出在滿足強(qiáng)度條件的前提下，挖掘套圈的強(qiáng)度潛力，以提高軸承額定負(fù)荷，從而提高軸承的使用壽命。
本發(fā)明提出的極限設(shè)計方法內(nèi)容如下在軸承設(shè)計中，安裝尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，采用不同設(shè)計方法將確定不同的軸承內(nèi)部尺寸。本設(shè)計是在軸承的軸截面中首先確定軸向、徑向的強(qiáng)度邊界條件，由這些邊界條件組成軸承設(shè)計的強(qiáng)度空間(見各附圖)，再根據(jù)軸承設(shè)計的基本原理，推證出一套主參數(shù)的設(shè)計計算公式，按此公式設(shè)計出的軸承零件，可無限趨近已確定的各個邊界值，此限為數(shù)學(xué)上的極限概念。
實施例1單列圓柱滾子軸承(

圖1)(1)已知尺寸d(內(nèi)徑);D(外徑);B(寬度)(2)確定強(qiáng)度空間的邊界條件a＝KaBDe＝D-Ke(D-d)di＝d+Ki(D-d)式中Ka Ke Ki為強(qiáng)度系數(shù)，取值Ka＝0.12～0.18，Ke＝0.18～0.23，Ki＝0.19～0.24。
如果已知Ew或Fw，則取De＝Ew或di＝Fw其中Ew成品軸承滾子外復(fù)圓直徑。Fw成品軸承滾子內(nèi)復(fù)圓直徑。
(3)主參數(shù)的設(shè)計計算Lw＝B-2a，Lwe＝Lw-2r(r滾子軸向倒角尺寸)Dwe＝(De-di)/2，Dpw＝(De+di)/2。
Z= (πDpw)/(Dwe+ε1) 取整(ε1兩滾子間的距離)將上述主參數(shù)代入負(fù)荷計算公式即Cr＝bmfc(iLweCosα)7/9Z3/4Dwe29/27Cor＝44(1- (Dwe)/(Dpw) )iZDweLweCosα(4)對雙列、三列、四列圓柱滾子軸承，則將軸承總寬分別等分為1/2、1/3、1/4再按單列圓柱滾子軸承的設(shè)計步驟計算。
實施例2雙列球面滾子軸承(圖2)(1)已知尺寸d、D、B(2)確定強(qiáng)度空間的邊界條件De＝D-Ke(D-d) di＝d+Ki(D-d) 2Z＝KEB a1＝Ka1B式中Ke、Ki、KEKai為強(qiáng)度系數(shù)，取值如下
Ke＝0.13～0.20 KE＝0.02～0.05(由保持架強(qiáng)度及相互間不碰撞而定)Ki＝0.14～0.20 Ka1＝0.04～0.07(視滾子保持架或支柱不凸出端面而定)(3)主參數(shù)的設(shè)計計算Re=12De---De1=2Re2-(B2)2]]>α＝tg-1 (2(a1-ε1))/(Del-di) (ε1滾子小端距外圓端面距離)L＝B2-a2-ECosa]]>Lwe＝L-2r(r滾子軸向倒角尺寸) (4)對支柱保持架Z=2π(Re-Dwe2)Dwe+ϵ2]]>取整(ε2支柱保持架時的滾子間最小間隙一般ε2＝1～2.5)(5)對沖壓保持架Z=2π(Re-Dwe4)0.866Dwe+Kb1S]]>取整(Kb1 寬系數(shù)一般Kb1＝1.2～1.6S沖壓保持架壁厚)
(6)對實體保持架Z=π(Pz-0.2LSina)Kb2Dwe]]>取整(Kb2最小樑寬系數(shù)一般Kb2＝1.05～1.12)(7)將以上這些參數(shù)代入額定負(fù)荷計算公式Cr＝bmfc(iLweCosα)7/9Z3/4Dwe29/27Cor＝44(1- (DweCosα)/(Dpw) )iZLweDweCosα實施例3，單列圓錐滾子軸承(圖3)(1)已知數(shù)據(jù)d、D、T、B、e(軸向負(fù)荷系數(shù))(2)確定強(qiáng)度空間的邊界條件De＝D-Ke(D-d) di＝d+Ki(D-d) a＝KaB a1＝Ka1B式中Ke、Ki、Ka、Ka1為強(qiáng)度系數(shù)，取值如下Ke＝0.13～0.20 Ki＝0.13～0.2 Ka＝0.16～0.24 Ka1＝0.1～0.15(3)主參數(shù)設(shè)計計算根據(jù)使用要求的軸向負(fù)荷系數(shù)e值，求得接觸角α＝tg-1(e)/1.5代入下列聯(lián)立方程 求得ρ、β或者按已標(biāo)準(zhǔn)化的滾子半錐角φ(中小型圓錐滾子軸承ISo標(biāo)準(zhǔn)φ＝2°)解聯(lián)立方程 求得ρ、α
2φ＝α-β γ＝α-φ Dw＝2ρSinφLw＝ (LSinφ)/(Cosβ) -ε1(ε1滾子與滾道在滾子軸向的間隙)Lwe＝Lw-γ-γ1(γ、γ1為滾子大、小端軸向倒角尺寸)Dw1＝Dw-2Lwtgφ Dwe= (Dw+Dwl)/2P＝2ρCosφSinγ P1＝P-2LwSinγZ= (πP1)/(Dw1+ε1) 取整(ε1滾子間間隙，一般為2～3)(4)將以上這些參數(shù)代入負(fù)荷計算公式Cr＝bmfc(iLweCosα)7/9Z3/4Dwe29/27Cor＝44(1- (DweCosα)/(Dpw) )iZDweLweCosα(5)對雙列、四列圓錐滾子軸承，將雙內(nèi)圈寬度等分為1/2，再按單列圓錐滾子軸承的設(shè)計步驟進(jìn)行計算。
實施例4推力調(diào)心滾子軸承(圖4)(1)已知數(shù)據(jù)d、D、H、A(2)確定強(qiáng)度空間的邊界條件d＇2＝D-K1(D-d) h＇1＝K2(D-d) HE＝KE(D-d)d＇5＝d+K3(D-d)+2Sc(Sc襯套壁厚)式中K1、K2、KE、K3為強(qiáng)度系數(shù)，取值如下K1＝0.056～0.064 K2＝0.058～0.066KE＝0.11～0.13 K3＝0.07～0.08
(3)主參數(shù)的設(shè)計計算取座圈高h(yuǎn)2值得R1=(A+H-h2)2+(d2′2)2]]>修正d〃2=2R12-(A+H-h2)2]]>γ=Cos-1(d〃2)/(2R1)再修正d2＝2R1Cosγ R＝0.98R1△＇2= (H-h2-HE)/(Sinγ)dE＇＝2(R1-△2＇)Cosγ X1＝(2R1-△2＇)CosγY1＝(2R1-△2＇)Sinγ-A(4)實體保持架時h=Y1-R12-(X1-d5′2)2]]>修正d5=2［X1-R12-(Y1-h)2]]>］ =tg-1(dE＇- d5)/(2(h-HE))β＝γ-γ＇ α＝γ+β Dwe＝2R1CtgαSinβ+2R(1-Cosβ)L= (h-HE)/(Cosγ＇) ,Cosβ △＇＝△2＇-2Ltgβ。
當(dāng)h1＝H-h-△1＇Sinγ≥h1＇時可用，反之重算。
Z=2π[(R1-Δ2′2)Cosγ-0.43LSinγ]Δ+ϵ]]>取整(ε為滾子間最小間隙一般取1.5～3)
(5)將以上參數(shù)代入負(fù)荷計算公式得Ca＝bmfc(LweCosα)7/9tgαZ3/4Dwe29/27Coa＝220(1- (DweCosα)/(Dpw) )ZLweDweSinα上文公式中未注明的符號說明Cr(Ca)-滾動軸承基本額定動負(fù)荷NCor(Coa)-滾動軸承基本額定靜負(fù)荷NDwe-用于額定負(fù)荷計算中的滾子直徑 mmLwe-用于額定負(fù)荷計算中的滾子長度 mmZ-每列滾動體個數(shù)Dpw-滾子組的節(jié)圓直徑mmα-軸承的公稱接觸角i-滾動體列數(shù)fc-系數(shù)，查GB6391-86bm-額定系數(shù)，取為1.1，1.15。
采用本發(fā)明提出的“滾動軸承極限設(shè)計方法”設(shè)計和開發(fā)的產(chǎn)品，軸承的額定動負(fù)荷和壽命將大幅度提高，達(dá)到和超過國外同類產(chǎn)品水平。如1700熱軋機(jī)工作輥軸承77998E，采用極限設(shè)計法設(shè)計，使軸承額定動負(fù)荷高達(dá)4900KN，額定壽命比日本KOYO公司同型號產(chǎn)品提高57%，比原國產(chǎn)軸承高5.76倍。又如2450軋機(jī)軸承，采用根限設(shè)計法設(shè)計，其額定動負(fù)荷為27060KN，比原國內(nèi)生產(chǎn)的軸承提高45.6%，壽命為原軸承的4.5倍。由于壽命增長，年消耗量減少，且軋機(jī)停機(jī)換輥時間減少，鋼板產(chǎn)量上升，用戶將獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明專利提出的極限設(shè)計法若用于全行業(yè)的各類滾動軸承將使我國軸承設(shè)計達(dá)到或超過當(dāng)前國際先進(jìn)水平。
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承極限設(shè)計方法，其特征是該方法是首先確定軸承軸截面中軸向、徑向的強(qiáng)度邊界條件，由這些邊界條件組成軸承設(shè)計的強(qiáng)度空間，再根據(jù)軸承設(shè)計基本原理，推證出一套主參數(shù)設(shè)計計算公式，以此確定軸承零件的各尺寸。
全文摘要
本發(fā)明提出的“滾動軸承極限設(shè)計方法”是首先在軸承軸截面中確定軸向、徑向不同的強(qiáng)度邊界條件，由它組成設(shè)計的強(qiáng)度空間，再由軸承設(shè)計基本原理推出一套主參數(shù)的設(shè)計計算公式，以此設(shè)計軸承零件。該發(fā)明基于對軸承疲勞壽命的研究，在滿足強(qiáng)度前提下，挖掘套圈強(qiáng)度潛力。采用此法設(shè)計的軸承，其額定動負(fù)荷和使用壽命大幅度提高，如大型軸承77998E，動負(fù)荷高達(dá)4900KN，壽命比日本同類產(chǎn)品高57％，比原國產(chǎn)高5.76倍。本發(fā)明可用于圓柱、圓錐、球面、推力調(diào)心等各種類型的滾動軸承。
文檔編號F16C19/00GK1104304SQ9411176
公開日1995年6月28日 申請日期1994年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月17日
發(fā)明者文鑒恒 申請人:成都重型軸承研究所