角接觸球軸承計算方法

1、角接觸球軸承設(shè)計方法1主題內(nèi)容和適用范圍本設(shè)計方法適用于外圏帶瑣口的特輕（1）、輕窄、中（3）窄系列的36000、46000型 及內(nèi)、外圈均帶瑣口的輕（2）窄、中（3）窄系列的66000型角接觸球軸承的產(chǎn)品設(shè)計.軸承名稱新代號舊代號S719001006900分離型角接觸球軸承S70006100S7200620071900c10369007000361007000AC461007200C36200角接觸球軸承7200AC462007200B6620073000C363007300AC463007300B66300B7000C136100B7000AC146100鎖口在內(nèi)圈上的角接觸球軸承B720

2、0C136200B7200A/DB123690071900C, DF133690071900C/D/DB2361007000C/DF (T)3(4)361007000AC/DB(F, T)2(3, 4)46100成對雙聯(lián)角接觸球軸承7200C/DB(F, T)2 (3, 4) 362007200AC/DB(F, n2 (3, 4) 462007200B/DB(F, T)2 (3, 4) 662007300C/DB(F, T)2 (3, 4) 363007300AC/DB(F, T)2 (3, 4) 463007300B/DB(F, T)2 (

3、3, 4) 663002代號與含義KDW:鋼球直徑系數(shù)F0:軸承徑向額定靜負(fù)荷系數(shù)f c:軸承徑向額定動負(fù)荷系數(shù)kd套圏擋邊直徑系數(shù)kt. 6 t :裝配鎖口髙度系數(shù)Kpi、kpe:內(nèi)、外圈滾道直徑系數(shù)£i、e e:實體保持架內(nèi)、外徑引導(dǎo)間隙kc :實體保持架內(nèi)、外徑系數(shù)3設(shè)計要點整篇文章把dn>0. 6x10%的稱為髙速，dn>l. 8xlOA6的稱為超髙速。結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點缺點采用公司外圈單擋邊、內(nèi) 圈雙擋邊.保持 架外引導(dǎo)單擋邊外圏有利于外圈溝道 多余潤滑劑流出，不僅減小潤滑 劑攪動摩擦.而且有利于降低接AJ.SKF-7000FAG-B7000NSK-7000GMN-S

4、6000外圈單擋邊、內(nèi) 圈雙擋邊，保持架內(nèi)引導(dǎo)與上面相比，由于采剛內(nèi)圈烈 擋邊引導(dǎo)保持架，運動平穩(wěn)。保持架內(nèi)徑減小，相 應(yīng)鋼球數(shù)減少，軸承 剛度減小，同時潤滑 劑不易進(jìn)入內(nèi)圈溝該結(jié)構(gòu)一般根少 采用GMNS6000TB內(nèi)外圏均為單擋 邊結(jié)構(gòu)，保持架 外引導(dǎo)集中了單擋邊內(nèi)、外圏結(jié)構(gòu)的 優(yōu)點是超高速軸承首選結(jié)構(gòu)保持架受力不平衡NSK. BNC 系列 SNFA.VE 系列 GMNSH6000內(nèi)圏單擋邊、外 圈雙擋邊，保持 架外引導(dǎo)保持架受力平衡，也適用于超 高 速運轉(zhuǎn)與上述結(jié)構(gòu)相比。外 圏溝道滯留過多潤 滑劑，增加了攪動阻 力，不易帶走摩擦 熱工 M Zr< #丄YlSKF. 7000CCSNF

5、A-V系列 我國一 B7000系 列對要求髙剛性的高速應(yīng)用場合，不宜采用內(nèi)圏引導(dǎo)保持架結(jié)構(gòu)和內(nèi)圈可分離結(jié)構(gòu).3、1角接觸球軸承的鋼球公稱直徑、球數(shù)和中心圓直徑在滿足一定的約束條件下，使球軸承 盡可能獲得最大的額定動負(fù)荷容量，但對于高速球軸承亦可適當(dāng)減小球徑、增加球數(shù)量.3、2角接觸球軸承有雙擋邊的套圈和深溝球軸承相應(yīng)規(guī)格的套圈應(yīng)通用，但46100系列軸承 的套圈擋邊直徑按深溝球軸承設(shè)計方法取。3、3角接觸球軸承內(nèi)、外圈滾道曲率半徑同深溝球軸承相應(yīng)規(guī)格的套圈滾道曲率半徑，但對 于高速軸承，其套圈滾道曲率半徑系數(shù)可適當(dāng)增大。3、4角接觸球軸承通用深溝球軸承內(nèi)圈時其保持架采用內(nèi)引導(dǎo)，通用深溝球軸承外

6、圈時其保 持架采用外引導(dǎo)，高速軸承采用外引導(dǎo)。表b結(jié)構(gòu)參數(shù)對髙速性和剛性的影響接觸角a高速精密角接觸球軸承，自炭滑動產(chǎn)身的摩擦力矩占軸承摩擦力矩組人比 例。減小a,有利于降低軸承發(fā)熱，從而提高軸承的運轉(zhuǎn)速度。因此，所有的軸 承制造商，超高速精密角接觸球軸承只采用15。接觸角，而25-接觸角的精密角接鋼球直徑Dw減小單個鋼球直徑，僅對接觸剛度系數(shù)產(chǎn)生微弱的影響但對一套軸承.而 言，意味著增加鋼球個數(shù)，將顯著增加軸承的徑向、軸向剛度和角剛度。并有 利于減曲率半徑門、 fe從減少摩擦、提高旋轉(zhuǎn)速度方面而言，內(nèi)周應(yīng)盡量采用較大的門，而外圈 采用較小的fe。但e減小，不利于潤滑劑帶走摩擦熱，門增大，將增

7、大自由狀態(tài)預(yù)緊力的影響在不同的旋轉(zhuǎn)速度F,都存在一個對應(yīng)的最小預(yù)緊力，在大于最小預(yù)緊力 前提下，軸向預(yù)緊力越小，軸承的運轉(zhuǎn)速度越高。在超高速應(yīng)用場合，推薦采用樣 本上給出的預(yù)緊載荷。fag公司給出了在輕、中、重預(yù)緊狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速減小軸承精度SNFA公司樣本給出精度等級為ABEC9 （P2,超高速）,ABEC7（P4,超精密級， 高速）,ABEc5（P5,精密級，高速）時，軸承極限轉(zhuǎn)速系數(shù)分別為11、10 和潤滑方式高速精密角接觸球軸承通常采用油霧潤滑、油氣潤滑或脂潤滑。脂潤亍骨 或油霧潤滑適用于高速油氣潤滑或油霧潤滑適用于超高速。脂潤滑的極限轉(zhuǎn)速為配對方式在髙速應(yīng)用場臺，為提髙主軸的承受載荷

8、能力，可采用配對安裝的方法， 包括DF、DB和DT。成對安裝將降低運轉(zhuǎn)速度，大部分軸承樣本給出的極限轉(zhuǎn)速減小結(jié)論1、超髙速：宜內(nèi)、外圍單擋邊或內(nèi)圈單擋邊，外圈雙擋邊，保持架外引導(dǎo)2、高速：宜外圈單擋邊、內(nèi)圈單擋邊，保持架外引導(dǎo)3、超高速：小接觸角，輕載荷預(yù)緊，采用油氣潤滑或油霧潤滑，P2級4、高剛性應(yīng)用場合：大接觸角，中、重載荷5、減小鋼球直徑和加大內(nèi)、外圈溝道半徑，不僅有利于提高軸承的極限轉(zhuǎn) 速，而對微型軸承而言，其引導(dǎo)間隙和兜孔間隙之比必須小于1。（1： 1.28）4主參數(shù)的確定4、1軸承的外型尺寸d、D、B、rs、Js以及接觸角a應(yīng)符合GB292的規(guī)定4、2鋼球中心圓直徑P,鋼球公稱直徑

9、Dw,球數(shù)z的初算：取值精度允差P'=0 5 (d+D)Dw' =KDW (D d)KDWZ 見表 10. 010. 0001表1 KDW，值直徑系列123KDW'0. 30. 310. 317Z, = nP, /Kz X Dwz表2 KZ值鋼球公稱直徑<15> 15Kz金屬保持架1. 01+1. 5/Dw1. 11膠木保持架1. 01+1. 9/Dw1. 1344.3約束檢驗計算所得Dw，z值必須與一般規(guī)定中表52中的英制球徑相對應(yīng)，特例除外。同時Dv應(yīng)符 合以下約束條件：(1) Kemin < Dw / (D-d) < Kemax,(2) K

10、c X Dw<0. 96B表 3 Kemin, Kemax 值36000, 46000660000KeminKemaxKeminKemax10. 270. 3220. 270. 320.290. 3330. 270. 320.300. 335“C”型沖壓保持架：Kc=2. 8/Dw+l. 12實體保持架：Kc=1.14/Dw+1.20ttP/ (Dw X Z) >Kz Kz 見表 2初算的P若不滿足約束條件，則可按步長0 002 (d+D)逐步增大P，值，但最大不超過0. 51 (d+D) o當(dāng)約束條件同時成立時，則接著進(jìn)行計算，否則繼續(xù)進(jìn)行約束檢驗，最后確定P、Z。Dw、z值的最

11、終確定根據(jù)具體情況請考慮最大的額定負(fù)荷的獲得，及表b 配套用鋼球公差等級的確定(引自JB/T 10336)軸承公差等 級鋼球公稱直徑鋼球公稱直徑超過到球軸承(外球面除 外)外球面218G51830G10418G101830G16518G61830G206、018G!6G201830G20G243050G24G285080G28G400.0010.001通用0000型內(nèi)圈時：P-di+Kpi*Dw 通用0000型外圈時：P=De-Kpe*Dw表 4 Kpi, Kpe, Kt, Kc 值a152540Kpi1. 001021. 002811. 00702Kpe1. 00171. 004681. 0

12、117Kt110. 6Kpi=2fi-(2fi- l)COSa公式aKpe=2fe-(2fe-l)COSa公式b4. 4額定動負(fù)荷ci的計算(1)當(dāng) Dw< 25. 4mm 時Cr=fc(i*COSa)A0. 7 X zA(2/3) X DwAl. 8(N)(2)當(dāng) Dw>25. 4mm 時Cr=3. 647 fc(I X COSa)A0. 7 X zA (2/3)X DwA1.8(N)45額定靜負(fù)荷Cor的計算C0r=12. 3 iZDwA2 COS a(N)針對不同的接觸角a (例如a=12), Kpi、Kpe 有一計算公式如下：一般取整Q/LZA001 表520. 01對于

13、P4、P50. 01級軸承，應(yīng)將 Dw< 4)17對應(yīng)R公 差壓縮至+0. 03,有利 于保證軸承 的接觸角。5套圈的設(shè)計5. 1套圈溝道曲率半徑的計算長期的經(jīng)驗和實驗證明，深溝和角接觸球軸承若要 處于良好的工作狀態(tài)，溝曲率半徑與球半徑之比應(yīng)大于 2%。內(nèi)、外圈溝曲率半徑之差應(yīng)保證在0. 02左右。(1) 對一般低轉(zhuǎn)速角接觸球軸承而言 內(nèi)圏溝道曲率半徑Ri： Ri=0. 515 Dw 外圏溝道曲率半徑Re： Re=0. 525 Dw(2) GMN高速電主軸軸承(特例)： 內(nèi)圏溝道曲率半徑Ri： Ri=O. 515Dw 外圏溝道曲率半徑Re: Re=0. 510Dw(3) 高速及超高速角接

14、觸球軸承眾多文獻(xiàn)分析表明，在外圈溝道控制前提下，鋼球 的旋滾比隨內(nèi)圈溝道門的增大而增大，隨外圈溝道處 的減小而減小。從減少摩擦熱、提高旋轉(zhuǎn)速度而言，內(nèi) 圈應(yīng)盡量采用較大的門，外圈應(yīng)盡量采用較小的但 外圏"的減小，不利于潤滑劑帶走摩擦熱，內(nèi)圈門增大， 將增大自由狀態(tài)下軸承的軸向游隙。因此，fi=0. 54 0. 57, fe=0. 52-0. 55為溝道曲率半徑系數(shù)的最佳變化范圍 內(nèi)圏溝道曲率半徑Ri： Ri=(O54 0. 57) Dw 外圈溝道曲率半徑Re: Re=(0 52 0. 55) Dw(4) 為降低振動和躁聲，公差采用對稱分布的雙向 公差，同時適當(dāng)壓縮了公差值，減少了尺寸

15、的離散度， 有利于軸向游隙的控制。5 2內(nèi)圈滾道直徑的計算內(nèi)圈滾道直徑di： di=P-Kpi xDw0. 001見表5通用 0000 外圈時:di=De -(Kpi+Kpe)Dw0. 001見表5外圈滾道直徑di. De=P+Kpe X Dw通用 0000 內(nèi)圈時：De=di+ (Kpi+Kpe) DwKpi、Kpe值見表4表 5 di、De的允差d超過一3080120180250315500仁3080120180250315500允差(士)0. 0150. 020. 0250. 030. 040. 050. 060. 07在設(shè)計高精度角接觸球軸承(P4級)時，內(nèi)、外圈之一可能結(jié)構(gòu)型式同00

16、00型， 但通常不會有通用的0000型套圈來替代，因此內(nèi)、外圏滾道直徑需根據(jù)幾何關(guān) 系來計算，而上述公式中將不可用。此時：di=P+ (2RiDw) cos a 2Ri=P-KpjxDwDe=P ( 2ReDw) cos a+2Re=P+KpexDw式中Kpi、Kpe可查表4,也可根據(jù)接觸角a利用公式a和公式b計算，推薦利用計算方 法。5 3套圈擋邊直徑的計算0. 1 Q/LZA0010. 1表 16內(nèi)圏擋邊直徑d2： d2=di+Kd X Dw 外圏擋邊直徑D2： D2=De-Kd X Dw通用0000型內(nèi)圏或外圈時，d2或1)2可按0000類尺寸取。Kd值見下表6表6 Kd值a152540

17、Kd0.40.40.5若為雙列角接觸球軸承，滬40時，考慮Kd=O. 61 5. 4套圈滾道中心至基準(zhǔn)端面的距離的計算 內(nèi)圏滾道中心至基準(zhǔn)端面的距離ai：0.010.010.01a i=0. 5B+ (Ri 0. 5Dw) sin a-2 6 外圏滾道中心至基準(zhǔn)端面的距離ae:, ae=0. 5C+ (Re 0. 5Dw) sina-2 6 通用oooo類內(nèi)圈或外圈時：a i=0. 5B 或 ae=0. 5Cae(ai) =0 5B(c) + (Ri+Re-Dw)sina-2 8式中&為滾道位置的上偏差， &的作用為防止裝配高超差ae, ai實際影響裝配高，對接觸角無影響；只要

18、T 合格，不論ae或ai初始值多少，確定一個即確定了另 一個，且最終數(shù)值需根據(jù)T的6. 2進(jìn)行些許調(diào)整，醫(yī)此上述公式ae(ai)具有參考意義。表7 ai、ae的允差d超過18305080120250315到18305080120250315500允差(土)0. 020. 0250. 030. 040. 0450. 060. 070. 08高精度角接觸球軸承（P4級）的溝位置公差要壓縮， 可考慮d=150時，允差為±0. 03,其余自己掌握。ai、 ae影響裝配高T和溝形公差，對接觸角a無影響。 ai-ae=（Re+Ri-Dw） sin a 55裝配鎖高度t的計算見表12a152540

19、Kt0. 002060. 004840. 011390. 01表8 Kt值1=0. 00053De+Kt xDw+6 t Kt 見表 8 表內(nèi)徑d超過55120到551206t0. 030.050. 08非裝配鎖口高度為21,允差為一 0 5t, 2t>0. 6mm,采用直徑方向標(biāo)注。裝配鎖口與非裝配鎖口處的傾斜角度為3±30 表12 t的公差t超過0. 070. 100. 200. 290. 39到0. 070. 100. 200. 290. 39允差-0. 01-0. 01-0. 02-0. 03-0. 04-0. 05裝配鎖口高度的驗算（參考） 最大鎖量應(yīng)滿足下式：Yma

20、x=2tmax-gmin-0. 001062 De表9 Ymax值內(nèi)徑d360004600066200066300超過到300. 040. 060. 060. 0830800. 050. 100. 120. 14800. 060. 140. 150. 16最小鎖量應(yīng)滿足下式:Ymin=2train-gmax 且不得超過表10的規(guī)定表10 Ymin值內(nèi)徑d超過3080到3080Ymin0. 03().()<0. 07當(dāng)接觸角a=40時，根據(jù)上述計算公式計算出的鎖口深度I值偏小，必須用下述公式進(jìn)行修正./min =(2Dr max-2Rc nun-g maUg max 2 De max -2

21、 Rc nun)（外圈鎖口）當(dāng)軸承發(fā)生內(nèi)、外圈相對轉(zhuǎn)動時而不散套且此時Demax、Remin、gmax恰巧同時發(fā)生，概率極小， 因此上式可作為鎖E1深度t的上限。用這種方法給出的鎖13深度I還必須在試制時進(jìn)行試裝，作必要調(diào)整。_ (2di4-2Ri4-g)g12(di4-2Ri>（內(nèi)罔鎖口）56標(biāo)志尺寸的計算軸承通常在外圈端面上標(biāo)志，標(biāo)志字高根據(jù)he按Q/ LZ表44選取6配套徑向游隙和裝配高的計算6. 1配套徑向游隙ggmax=2 (Rimin+Remin-Dw)(1COS a max)gmi n=2 (R imax+RemaxDw) (1 一 COS a min)理論上依據(jù)此公式可保

22、證在Rimin Remax范圍 內(nèi)任意配對，在保證gmin-gmax前提卜100%接觸角 的配套率，而無需檢測。但在游隙gmaxgmin<001 時可試著將公式中Rmin和Rmax互換以增大游隙.定制外圈(或內(nèi)圈)，保證游隙的情況下，依靠R 的變化來獲得不同的接觸角.接觸角a的驗算rj 1 - jOu I 126+Rc-DhJ _ 16. 2裝配高極限尺寸按下式計算Tmax=aemax+a imax-(Rimin+Remin-Dw) s in a minTmin=ae min+aimin(Rimax+RemaxDw)sinamax 裝配髙名義尺寸同B,其公差應(yīng)符合JB/CQ13中表3的規(guī)

23、定 裝配髙超差可調(diào)整帶鎖口套圈的溝位置。外圈帶鎖口 ：利用裝配高公式計算出ae max和ae min, 得 ae=0 5(aemax+acmln)a的允差：15為土 3525為土 440 為±4 57實體保持架的設(shè)計71實體保持架內(nèi)徑Dei及外徑De的計算通常情況下保持架旋轉(zhuǎn)以內(nèi)圈擋邊引導(dǎo)時Dci=d2+c i引導(dǎo)面尺寸公差加嚴(yán)兩檔Dc=Dci+Kc x Dw Kc 見表 11表11 Kc值a152540Kc110. 6保持架炭轉(zhuǎn)以外圈擋邊引導(dǎo)時De=D2 e e0. 01Q/LZA001Dei=De-KcXDwKe 見表 11e i, e e 見表 12表12引導(dǎo)問隙0. 1表35

24、引導(dǎo)擋 邊直徑超過305080120180260360到305080120180260360500內(nèi)引導(dǎo)Ei0. 150. 20.250. 30. 350.40. 450.5外引導(dǎo)e e0.20. 30.40.50.60.70.81. 07 2保持架兜孔直徑Ac按Q/LZA001中表53選取(亦可根據(jù) c=l. 004Dw+0. 12 計算)0. 01在軸承高速旋轉(zhuǎn)時，對保持架兜孔直徑及英引# 間隙提出了特殊要求，隨保持架直徑大小而異。洛陽軸 承研究所多年來在主軸軸承領(lǐng)域的國內(nèi)領(lǐng)先地位，得益 于超越國內(nèi)各單位的保持架先進(jìn)的設(shè)計理念和完善的 實驗驗證手段，下表為其公開發(fā)表的保持架結(jié)構(gòu)參數(shù)推薦表。

25、表中Ae為兜孔間隙與外引導(dǎo)問隙之比，Be為兜孔直徑與鋼球直徑之比，兩者直接影響軸承的動態(tài)穩(wěn)定 性。B7004C/P4： Ae=l 14, Be=l. 05; B7005C: /P4： Ae=l 13,Bc=l 05,主軸實驗結(jié)果良好。 保持架結(jié)構(gòu)參數(shù)推薦表軸承型號AcBe備注70001 10-1. 5104 1 06比值大的適用于大內(nèi)B70001. 10-1.51 05 1 07徑尺寸的軸承72001. 11 1. 161 03 1 04建議高速軸承(此處指dn>l. 0X10A6)采用橢圓兜 孔保持架。因徑向載荷較大時，保持架和鋼球的運動特 性使得保持架采用常規(guī)的圓兜孔時，球和兜孔表面

26、可產(chǎn) 生激烈碰撞，產(chǎn)生大量的摩擦熱和嚴(yán)重的兜孔磨損，并 嚴(yán)重時導(dǎo)致保持架斷裂和軸承燒傷。橢圓兜孔則在加大 球與兜孔的環(huán)向間隙的同時，穩(wěn)定了軸向間隙，使得潤 滑油更容易流過兜孔，使保持架有效冷卻，又避免了保 持架兜孔側(cè)壁強(qiáng)度的減弱以及保持架軸向不穩(wěn)定性。 保持架材料采用與軸承內(nèi)、外圈膨脹系數(shù)相近的銅材。 附表有經(jīng)過幾十年檢驗的航發(fā)軸承保持架橢圓兜孔尺寸及形狀示意圖。 同時保持架內(nèi)徑處倒角可適當(dāng)加大。7 3保持架寬度Be的計算金屬實體保持架：Bc=l 14+1. 2Dw0. 1Q兒ZA001膠木保持架：Bc=B -(004Dw+04)0. 1表357. 4保持架兜孔中心至基準(zhǔn)端面的距離Be，的計算Be' =0. 5Be0. 010. 5Be的允差7. 5保持架兜孔間最小梁寬s的計算S=DciX sin180/Z-SinA-l ( c/Dci)0. 1S必須滿足以下驗算值：金屬實體保持架：S>0. lDw>lmm膠木保持架：S > 0. 15Dw> 1. 5mms值滿足上述要求可采用直兜孔，否則采用球兜