轴承设计

3、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。
挡 边 与 滚 子 接 触 示 意
7、“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 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 ） ]}/ Σρn Cosτw={[1/ （ fw*Dw ） ]- [2/ （ Dwp+Dw ） ]}/ Σρw Qmax=0.5*Cr/Z
铅黄铜、青铜
工程塑料
车制保持架（ZCuZn40Pb2、
ZCuAl10Fe3Mn2）
GRPA66-25
5、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。
8、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。
GCr15
SÜ ¡ 15 S¡ Ü 17
Ö ò · Ç Ö ±¾ ¶ DwÜ ¡ 50.8(2") Ö ò · Ç Ö ±¾ ¶ Dw£ ¾ 50.8(2")
ö Ó ¸ ×Ö ± ¶ ¾ DwÜ ¡ 35 ö Ó ¸ ×Ö ± ¶ ¾ Dw£ ¾ 35
S>15 S>17
6、滚子与档边的接触形式 1）圆柱滚子轴承
轴承设计
1、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。
7、“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。
õ á · Ö ³ Ð · Ö Ñ ¡ È ¡ Q/WZ.J1403
Æ Á Í ¦ Ö á ³ Ð Ø í Ì ¿ £ ¨ 4£ © Ï µ Ð Á Ö á ³ Ð ×È Ì ¦ Í â ¾ ¶ Ó ë ¿ í È ¶ Ö ® È ±´ ó Ó Ú 5 ä Ë Æ ü Æ Á Í ¦ Ö á ³ Ð Ø ¿ Ì í £ ¨ 4£ © Ï µ Á Ð Ö á ³ Ð ×È Ì ¦ Í â ¾ ¶ Ó ë ¿ í È ¶ Ö ® ± È ´ ó Ó Ú 5 GCr15SiMn ä Ë Æ ü
2、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/T 273.1-1987《滚动 轴承 圆锥滚子轴承 外形尺寸方案 》、GB/T 273.2-1998 《滚动轴承 推力轴承 外形尺寸总方案 》、GB/T 273.31999《滚动轴承 向心轴承 外形尺寸总方案 》、GB/T 274-2000《滚动轴承 倒角尺寸 最大值 》、GB/T 276-1994 《滚动轴承 深沟球轴承 外形尺寸 》、GB/T 285-1994 《滚动轴承 双列圆柱滚子轴承外形尺寸》、GB/T 2881994《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
4、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 碳素结构钢 碳素结构钢 用途 冲压保持架（08、08Al） 车制保持架（20、30、40、45）
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 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 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 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 3）圆锥滚子轴承
Βιβλιοθήκη Baidu
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。
SR
滚道母线 挡边直母线 接触点 滚子球基面 θ
8、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。
轴 承 制 造 过 程