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1、特殊用途大尺寸薄壁轴承的设计及加工分析陈磊,宋浩岚（洛阳轴承研究所，河南洛阳471039）摘要••介绍高精度大尺寸薄壁轴承材料、结构及内部参数设计,•保持架材料、加工、测试及相关工艺，•冷热加工及检验测试技术等,进行优化设计，对不同的设计参数和结果加以比较选择，最终确定最佳设计方案。尖键词.•薄壁轴承，•大型轴承.•保持架，•材料,•工艺中图分类号-TH133.33文献标识码:B文章编号.1000・3762<2003；10・0004・03根据用户要求，需要研制开发一种高精度大尺寸薄壁灵敏轴承，该轴承的外部装配尺寸为260nunX310mmX20mm。主要要求为.•单套轴承的质量
2、要求不能超过2.75kg,•整体精度达到P4级,其中旋转精度（Sia,心）不大于0.005mm（达到P2级丿，•此外，在45（）N轴向载荷作用下启动摩擦力矩小于200NFim,且摩擦力矩要均匀，测量值波动范I韦I不能超过3（）%;在5（X）N轴向载荷作用下，变形总量小于0.008mm;在1500N轴向载荷作用下，变形总量小于0.015mm。另外，轴承还需要在恶劣的使用坏境下经受各项测试，如高低温（・40〜50、潮湿（相对湿度93%〜98%八振动冲击（轴向40g,径向20妙等环境条件。通常，大尺寸薄壁轴承的制造主要依赖于高精度的加工设备和较高的工艺水平。但是，如果轴承在使用川有多
3、项性能指标要求，那么从设计理论上讲这几方面的要求往往会存在一定相互制约的关系。尤其对轴承有质量限制时，就会在一定程度上加剧现有的矛盾。因此，无论是材料的选取、内部参数的设计，还是滚动体尺寸和数量的选择等都应对上述存在的问题进行充分地考虑。1结构及内部参数的设计分析1.1轴承材料及结构的选择因为轴承要在相对湿度为93%〜98%的环境条件下工作，所以，应选择不锈钢类材料，确定采用9CY18不锈钢作为套圈及钢球材料，•考虑收稿日期.遊-12-06作者简介••陈磊，男，洛阳轴研科技股份有限公司特种轴承开发部高级工程师。轴承的润滑性能及保持架的加工工艺性,保持架材料釆用以聚酰亚胺（PI）
4、为基体，聚四氟乙秫（F4）和二硫化钳（MdS2；为润滑添加剂的复合材料。轴承工作时以承受轴向冲击载荷及线过载关主，所以选择角接触球轴承作为轴承的基本结松型式。1.2轴承内部参数的设计分析根据前文所述的产品技术要求可知，轴承的摩擦力矩和刚度是两项主要的性能指标,要求同时满足。实际上这是一个多目标函数的优化设计。而在设计过程中要使两项指标同吋达到最优是很困难的，需要在两项目标的最优值之间进行协调，以便求得对于两项冃标都比佼好的方案,rft且这种最优解很可能不是唯一的。因此，在轴承设计分析过程中,对包括滚动体尺寸、滚动体数呈和沟曲率半径系数在内的基本结构参数如何进行选择确定，应着重考
5、虑这些参数的变化对产品性能方面所产生的不同影响。1.2.1方案一.•采用常规设计按照常规设计计算，钢球的直径Dw=15.875mm,数量Z=49,沟曲率半径系数力、./；在0.515〜0.535之间取值。该方案的优点在于正常情決下轴承可以获得较大的载荷容量,耐振动冲击性能好，相应地刚性也较好。但是轴承的摩擦力矩可能较大，另外.按此方案轴承套圈的沟底壁厚还不到5mm,这可能会影响到轴承的刚性及加工的工艺性。而且，由于保持架也相对较窄，兜孔侧壁厚度仅为1.5mm左右，这样对保持架的强度和加工工艺性都是很不利的。I.2.2方案二.•采用小尺寸钢球可以减小滚动体尺寸，釆用直径Dw=II
6、.1125mm的钢球，此时钢球数量Z=68.沟曲率半径系数./；£可在0.525〜0.545Zl'可取值。采用该方案可以减小轴承的摩擦力矩，既能增加轴承套圈的沟底壁厚(大约为6.5mm；,又可以增加保持架兜孔侧壁厚度(大约为3.5mnVo从单方而来看，壁厚的增加可以增强套圈和保持架的刚度及强度，并改善零件加工时的工艺性能。球数的增加也可以提高轴承的承载能力和刚度，•但是rtr丁-钢球直径尺寸的减小及沟曲率半径系数的增大，会影响到轴承的承载能力和刚度，而且球数增加会导致保持架过梁尺寸减小，从而使保持架的过梁强度降低。I.2.3方案三••采用小尺寸钢球并减少钢球数量采用小尺寸钢球的
7、同时，还可以把按常规计算的滚动体数量减少。同样采用直径Dw=II.1125mm的钢球.此时钢球数量Z二46.沟曲率半径系数fi仍在0.525〜0.545之间取值。该方案同方案二相比,进一步减小了轴承的摩擦力矩，增加了轴承套圈的沟底壁厚及保持架兜孔的侧壁厚度，同时还能够增加保持架的过梁尺寸，进一步增强保持架的强度。但由于钢球数量的减少，会降低轴承的刚度和承载能力。除定性分析外，需分别对上述不同方案中轴承的摩擦力矩和刚度进行定量的理论计算和分析。因为产品要求的是启动摩擦力矩，所以在验算该项指标时
