深沟球轴承优化设计

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1、主讲:李尚勇洛阳轴研科技股份有限公司产品开发部深沟球轴承优化设计内容简介一、概述二、优化设计基础（优化设计计算方法）三、深沟球轴承优化设计及主要参数四、结构及结构参数设计五、密封轴承设计六、轴承设计举例七、深沟球轴承发展方向7/16/20212优化设计一、概述深沟球轴承的特点：量大面广，其基型及其变形结构产品占轴承总产量的70%以上优化设计水平与国外公司比较：规格型号数量111136038占总规格比例100%11.7%54.1%34.2%1.0220.90～0.980.99～1.011.02～1.17水平比较高于SKF低于SKF与SKF相当高于SKF7/16/20213优化设计一、概述

2、深沟球轴承的结构及特点深沟球轴承的主要结构形式有基本型、带防尘盖和带密封圈深沟球轴承。带防尘盖的深沟球轴承防尘盖与内圈之间有径向间隙，极限转速与基本型深沟球轴承相同，轴承装配时填入了适量润滑剂，在使用过程中不用填加润滑剂。带密封圈的深沟球轴承一般采用钢骨架式丁腈橡胶密封圈，有接触式和非接触式之分。接触式密封密封效果较好，但摩擦力矩较大，极限转速较低；非接触式密封，其极限转速与基本型深沟球轴承相同。轴承装配时填入了适量润滑剂，在使用过程中不用填加润滑剂。7/16/20214优化设计二、优化设计方法机械优化设计包括建立优化设计问题的数学模型和选择恰当的优化方法与程序两方面的内容列出每个主题

3、要花费的时间网格法、牛顿法、共轭梯度法、坐标轮换法、鲍为尔法、随机方向法、惩罚函数法、线形逼近法、广义简约梯度法等等7/16/20215优化设计深沟球轴承优化设计的特点：就深沟球轴承优化设计而言，它属于一种离散变量优化设计问题，其具体表现在：1深沟球轴承的滚动体数量有限、为离散的自然数；2深沟球轴承的滚动体已经标准化，其直径为有限个离散值；3深沟球轴承外型尺寸为一系列离散的标准值。7/16/20216优化设计网格法简介：网格法是解非线形规划的最简单的方法，事实上它是一种穷举法。设问题为：极小化f(x),x∈En满足约束gi(x)≥0,j=1,…,m.变量的取值范围为ai≤xi≤bi,I

4、=1,…,n7/16/20217优化设计网格法简介(2)：7/16/20218优化设计三、深沟球轴承优化设计深沟球轴承的承载能力是以其额定动载荷Cr来衡量。优化设计的目标函数7/16/20219优化设计主要参数约束条件主参数:Z，Dw，Dwp约束条件有三个:0.5(D+d)≤DWP≤0.515(D+d)7/16/202110优化设计形成网格点7/16/202111优化设计判断点是否符合条件判断点是否符合条件7/16/202112优化设计求最大值及对应点7/16/202113优化设计四、结构及结构参数设计右图为深沟球轴承简图其中:1、滚动轴承几何学7/16/202114优化设计2、深沟球

5、轴承填球角研究容许填球角有由几何条件确定的容许填球角ψg和由许用应力确定的容许最大填球角ψs之分。右图为几何填球角计算模型7/16/202115优化设计2、深沟球轴承填球角研究由几何条件确定的容许填球角ψg为：当径向游隙Gr=0时，上式可简化为：7/16/202116优化设计2、深沟球轴承填球角研究由许用应力确定的容许最大填球角ψs可近似地表示为：式中：K--系数，K=0.2324度/[N/mm2]1/2[δ]--许用应力，N/mm2R--截面形心与外圈中心之距离，mmY--截面形心距挡边距离，mm7/16/202117优化设计2、深沟球轴承填球角研究一般情况下，设计填球角ψ应满足：个

6、别情况下，当ψg〈ψs时，允许ψ大于ψg但不超过ψs，此时，在外圈未变形之前将有一个钢球不能进入滚道，只有在压缩外圈的同时，最后一个钢球才能进入滚道而完成装配自动装配时，深沟球轴承填球角理想值为181°～186°，小于181°，容易散球，大于186°，自动装配较为困难，这次优化设计规定填球角上限为：100系列195°；200系列194°，300系列°，400系列192°。据此设计的所有规格，都满足ψ〈ψs的条件，就是说，不会出现装配分球时外圈产生残余变形的情况7/16/202118优化设计2、深沟球轴承填球角研究另外，在设计填球角下，装球分球所需压力和压缩量是装配中需要的两个重要参数，

7、它们可分别表示为（假定μ=0）：式中：Pmin—最小装配压力E—弹性模量J—外圈横截面的惯性矩R—截面形心与外圈中心距离δ0—最小压缩量ψ—设计填球角7/16/202119优化设计3、外圈带游隙设计本次优化设计采用外圈带游隙设计。即：Grmin、Grmax分别代表游隙下限和上限值。7/16/202120优化设计4、内外沟道不等曲率设计沟曲率半径一般可表示为：设计中取：7/16/202121优化设计5、挡边高度设计以6204为例50年代挡边高系数