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复合沟曲率半径深沟球轴承的设计
来源: | 作者:newtadpole | 发布时间: 2016-06-15 | 1083 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ ▶ | 分享到:
      随着现代机械技术的发展，高DN值和适用于重载的滚动轴承应用越来越广泛，因而滚动轴承的失效问题是广大工程设计人员和学者面临的亟需解决的难题。深沟球轴承因可以承受较大的径向载荷并且适用于高速运转情况而得到广泛应用。轴承失效主要体现为运行应力过大、振动破坏以及打滑磨损等，为了解决以上几个问题，本文提出了复合沟曲率半径的设计思路，即深沟球轴承沟曲率半径不再是一个定值，而是在沟底增加一个曲率的复合沟道，从而使接触应力、振动情况和油膜流动情况产生变化，研究因复合沟道的产生而对以上参数的影响规律，从而得出各参数变化曲线，以便在合适的工程实际情况下采用复合沟曲率半径的设计方法。
      1  结构及参数
      本文所设计的轴承以16020型为基础，并引入不同曲率半径的复合沟道。轴承内径为100mm，外径为150mm，宽度16mm，油润滑转速为3800r/min，基本额定动载荷43.8kN，基本额定静载荷44.3kN。
      本文所涉及的主要结构参数变量为复合沟道曲率半径及其曲率中心位置坐标。
      2  静力学分析
      为分析静载时复合沟曲率半径对应力的影响，在此选取6种曲率半径，采用接触分析方法，并与无复合沟道应力情况作对比。
      无复合沟道的深沟球轴承，最大应力发生在滚动体的最下端，为46.9MPa。
      选取6中不同复合沟曲率半径，并调整曲率中心的位置，可以得到应力变化曲线。从曲线可以看出，随复合沟曲率半径的增加，最大应力呈逐渐减小趋势。由拟合曲线得出，与无复合沟道相比，当曲率半径大于0.0046m时，采用复合沟道可以减小最大应力数值，但是曲率半径也不能过大，否则会降低内外圈外壁强度。
      3  谐响应分析
      滚动轴承所受外部动载荷一般按简谐规律变化，钢球与内外圈之间的油膜均需考虑其厚度和刚度，随着复合沟曲率半径的变化，刚度及油层厚度均发生变化，其数值根据弹流润滑理论与达朗贝尔原理计算。引入复合沟道后，振幅与原始情况相比呈增大趋势，且增大趋势逐渐趋于缓慢，这是由于与油膜厚度相比，沟道曲率半径要明显大许多，致使对钢球的约束减弱了。随着曲率半径增加，共振频率有所降低，但是降低幅度不大。
      4  油层动力学分析
      为进行油层动力学分析，需首先计算轴承内外圈的摩擦阻力。最高流速的大小在一定程度上反应了内流阻力的变化情况，随着符合沟道曲率半径的增加，在开始阶段最高流速显著降低，但是当曲率半径取0.0032时出现了最低值，而后最高流速反而有所增大。
      5、结语
      滚动轴承的工作状态取决于其结构和油膜的力学性能，本文提出的复合沟道设计，可以在一定程度上改善其力学性质。以复合沟道曲率半径为主要设计参数，通过研究深沟球轴承结构及油膜的力学特性，得到以下设计复合沟曲率半径深沟球轴承的基本结论：
      1）选择合适的复合沟曲率半径可以有效降低轴承最大应力，根据本文所列数据，在负载相同的情况下，引入复合沟道设计，最大应力减小了32%。
      2）由于复合沟曲率半径明显大于轴承径向游隙，因而在油膜刚度较小时，会出现较大幅度的振动，随着曲率半径的增加，振幅增速非常缓慢，可以根据具体工作情况要求，选取合适的复合沟道参数。
      3）引入复合沟道设计后，油润滑参数发生了显著改变，主要体现为流速和压强的降低，与原始情况相比，内流阻力明显减小，为了得到其最小值，需要综合考虑轴承结构和复合沟曲率半径参数来设计。
 
       ————摘自《北华航天工业学院学报》2016年12月，本网站在于信息和技术的传递，若涉及隐私或版权等问题，请及时联系。