[发明专利]一种四点接触球轴承原始接触角的设计方法

摘要

本发明公开了一种四点接触球轴承原始接触角的设计方法，包括如下步骤，第一步：根据外载荷求出钢球与内外滚道的法向接触载荷及最大接触载荷；第二步：建立静承载曲线；第三步：利用静承载曲线设计轴承原始接触角。本方法可精确设计出四点接触球轴承的原始接触角，改变目前原始接触角无设计依据的现状，充分满足轴承的静承载能力。

主权项

1.一种四点接触球轴承原始接触角的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：根据外载荷求出钢球与内外滚道的法向接触载荷及最大接触载荷；四点接触球轴承在给定结构参数、材料参数及载荷参数的前提下，轴承在受载前，考虑游隙时任意滚动体位置接触对的内外圈沟曲率中心距公式为：(1)零游隙时内外圈沟曲率中心距公式为：(2)上述公式中各项参数符号表示含义如下：f_i为内滚道沟曲率半径系数，f_e为外滚道沟曲率半径系数，D_w为滚动体直径，为轴承轴向游隙，为初始位置接触角；若外圈固定内圈旋转，外力作用在内圈上，轴承受载后，内圈产生位移，所有接触对的沟曲率中心距均发生了变化：对于单排四点接触球轴承，轴承受载后，接触对k（k=1,2）在位置角处内外圈沟曲率中心距为：(3)上述公式中：分别为内圈承受轴向力、径向力、倾覆力矩时,内圈的轴向位移、径向位移及倾角；为内圈沟曲率中心轨迹半径，；为轴承节圆直径；为钢球位置角，每个球的位置角可表示如下：，Z为单排钢球数(j=1,2,…,Z)；对于双排四点接触球轴承，轴承受载后任意滚动体位置，接触对k（k=1,2，3,4）在位置角处内外圈沟曲率中心距为：(4)内圈发生位移后，接触对k在位置角处的接触角分别为：单排四点接触球轴承：(5)双排四点接触球轴承：(6)内圈在外部载荷和所有滚动体载荷的作用下处于平衡状态，内圈的力学平衡方程为：单排四点接触球轴承：(7)双排四点接触球轴承：(8)上述公式中：为接触对k在位置角处的法向接触载荷，为双排四点接触球轴承两排钢球之间的中心距；可根据Hertz接触理论，按照下列公式求出，(9)K_n为滚动体与内外圈总的负荷变形常数，为任意位置角处，沿接触对k的方向，钢球与滚道总的弹性接触变形，可按照下式求出：(10)根据给定轴承几何参数及内圈位移的一个初值，若是双排四点接触球轴承，通过公式(1)、(2)、(4)求出A、A₀和，结果代入公式(10)求出；然后由公式(9)求出，由公式(6)求出；把和代入公式(8)，同时令F_r=0，对和进行连续取值，根据公式(8)，采用Newton-Raphson法，求出每组工况(，，F_r)下轴承内圈位移终值，由公式(9)求出轴承最大接触载荷；若是单排四点接触球轴承，通过公式(1)、(2)、(3)求出A、A₀和，结果代入公式(10)求出；然后由公式(9)求出，由公式(5)求出；把和代入公式(7)，同时令F_r=0，对和进行连续取值，根据公式(7)，采用Newton-Raphson法，求出每组工况(，，F_r)下轴承内圈位移终值，由公式(9)求出轴承最大接触载荷；第二步：建立静承载曲线；轴承点接触最大接触应力与最大接触载荷的关系为：(11)公式中各项参数符号表示含义如下：为轴承最大接触应力；n_a、n_b为与接触点主曲率差函数F(ρ)有关的系数，∑ρ为接触点主曲率和，η为两物体的综合弹性常数，，E₁、E₂、ν₁、ν₂为分别为两材料的弹性模量和泊松比；变桨轴承的安全系数，其中为轴承的许用接触应力，轴承安全运转的条件为；轴承静承载曲线上的点为轴承的静态临界失效点，令的点作为轴承静载荷曲线上的一个点，来绘制静载荷曲线，具体方法如下：令F_r等于四点接触球轴承极限工况下所受的径向载荷，对F_a和M进行连续取值，对应每一组取值，根据第一步所述方法计算出轴承所承受的最大接触载荷，然后根据公式(11)求出轴承所承受的最大接触应力；比较与的值，若，ε 为偏差值,提取出和作为构成承载曲线上的一个点；将得到的所有点连接起来就得到轴承的静承载曲线；第三步：利用静承载曲线设计轴承原始接触角；根据四点接轴承所受极限工况、、，令F_r等于，根据第二步所述方法绘制轴承静承载曲线；改变轴承原始接触角的值，取值范围在30°～60°，按照绘制不同原始接触角下轴承的静承载曲线；根据极限工况条件中的轴向力和力矩的值，在承载曲线图中找到坐标点G(,)；G点的情况有三种：a.G点落到原始接触角为30°承载曲线内并远离曲线时，则说明所设计结构尺寸、重量过大，造成材料浪费，需要重新设计轴承结构参数，然后重复步骤第一步～第三步；若G点落在原始接触角为30°的承载曲线上或紧邻内侧，则取轴承的原始接触角为30°；b.G点落在原始接触角为30°～60°承载曲线之间，则轴承原始接触角取离G点外侧最近的曲线所对应的原始接触角；c.若G点落在原始接触角为60°曲线外侧，则所设计的轴承结构参数不合理，不能满足轴承承载能力，需要重新设计轴承结构参数，然后重复步骤第一步～第三步。