深溝球軸承優(yōu)化設(shè)計

1、主講:李尚勇洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計2內(nèi)容簡介 洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計3一、概述深溝球軸承的特點： 量大面廣，其基型及其變形結(jié)構(gòu)產(chǎn)品占軸承總產(chǎn)量的70%以上 優(yōu)化設(shè)計水平與國外公司比較：CrSKFCr優(yōu)化設(shè)計規(guī)格型號數(shù)量111136038占總規(guī)格比例100%11.7%54.1%34.2% 1.0220.900.980.991.011.021.17水平比較高于SKF低于SKF與SKF相當高于SKF洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計4一、概述深溝球軸承的結(jié)構(gòu)

2、及特點深溝球軸承的結(jié)構(gòu)及特點深溝球軸承的主要結(jié)構(gòu)形式有基本型、帶防塵蓋和帶密封圈深溝球軸承。帶防塵蓋的深溝球軸承 防塵蓋與內(nèi)圈之間有徑向間隙，極限轉(zhuǎn)速與基本型深溝球軸承相同，軸承裝配時填入了適量潤滑劑，在使用過程中不用填加潤滑劑。帶密封圈的深溝球軸承 一般采用鋼骨架式丁腈橡膠密封圈，有接觸式和非接觸式之分。接觸式密封密封效果較好，但摩擦力矩較大，極限轉(zhuǎn)速較低；非接觸式密封，其極限轉(zhuǎn)速與基本型深溝球軸承相同。軸承裝配時填入了適量潤滑劑，在使用過程中不用填加潤滑劑。洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計5二、優(yōu)化設(shè)計方法機械優(yōu)化設(shè)計包括建立優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學模型

3、和選擇恰當?shù)膬?yōu)化方法與程序兩方面的內(nèi)容列出每個主題要花費的時間網(wǎng)格法、牛頓法、共軛梯度法、坐標輪換法、鮑為爾法、隨機方向法、懲罰函數(shù)法、線形逼近法、廣義簡約梯度法等等洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計6深溝球軸承優(yōu)化設(shè)計的特點：就深溝球軸承優(yōu)化設(shè)計而言，它屬于一種離散變量優(yōu)化設(shè)計問題，其具體表現(xiàn)在：1 深溝球軸承的滾動體數(shù)量有限、為離散的自然數(shù)；2 深溝球軸承的滾動體已經(jīng)標準化，其直徑為有限個離散值；3 深溝球軸承外型尺寸為一系列離散的標準值。 洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計7網(wǎng)格法簡介：網(wǎng)格法是解非線形規(guī)劃的

4、最簡單的方法，事實上它是一種窮舉法。設(shè)問題為：極小化 f(x), xEn滿足約束gi(x)0, j=1,m.變量的取值范圍為aixibi , I=1,n洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計8網(wǎng)格法簡介(2)：洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計9三、深溝球軸承優(yōu)化設(shè)計25.4mmD DZfbCw1.8w2/3cmr深溝球軸承的承載能力是以其額定動載荷Cr來衡量。 優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計10主要參數(shù)約束條件主參數(shù): Z，Dw，Dwp 約束條件有三個:d

5、)(DKDd)(DKWmaxWiWminmaxjmaxWPWi1) 1Z)(DD(Sin21800.5(D+d)DWP0.515(D+d) 洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計11形成網(wǎng)格點洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計12判斷點是否符合條件判斷點是否符合條件洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計13求最大值及對應(yīng)點洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計14四、結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計右圖為深溝球軸承簡圖其中: eiwpdd21DwierD2dDG

6、1、滾動軸承幾何學洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計152、深溝球軸承填球角研究容許填球角有由幾何條件確定的容許填球角g 和由許用應(yīng)力確定的容許最大填球角s 之分。右圖為幾何填球角計算模型洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計162、深溝球軸承填球角研究由幾何條件確定的容許填球角g為： 當徑向游隙Gr=0時，上式可簡化為： 22)5 . 0(5 . 014)5 . 0(12)1 (45 . 0)2180(GrDGrDKGrDGrDKGrDCoswpwdwwdwpgwpgDDw)Kd1 ()2180(Cos洛陽軸研科技股

7、份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計172、深溝球軸承填球角研究由許用應(yīng)力確定的容許最大填球角s可近似地表示為：式中： K -系數(shù)，K=0.2324度/N/mm21/2-許用應(yīng)力，N/mm2R -截面形心與外圈中心之距離，mmY -截面形心距擋邊距離，mm wpsDYPK180洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計182、深溝球軸承填球角研究一般情況下，設(shè)計填球角應(yīng)滿足：個別情況下，當gs時，允許大于g但不超過s，此時，在外圈未變形之前將有一個鋼球不能進入滾道，只有在壓縮外圈的同時，最后一個鋼球才能進入滾道而完成裝配自動裝配時，深溝球

8、軸承填球角理想值為181186，小于181，容易散球，大于186，自動裝配較為困難，這次優(yōu)化設(shè)計規(guī)定填球角上限為：100系列195；200系列194，300系列，400系列192。據(jù)此設(shè)計的所有規(guī)格，都滿足s的條件，就是說，不會出現(xiàn)裝配分球時外圈產(chǎn)生殘余變形的情況minsg洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計192、深溝球軸承填球角研究另外，在設(shè)計填球角下，裝球分球所需壓力和壓縮量是裝配中需要的兩個重要參數(shù)，它們可分別表示為（假定=0）： 式中： Pmin最小裝配壓力 E彈性模量J外圈橫截面的慣性矩 R截面形心與外圈中心距離0最小壓縮量 設(shè)計填球角)1Si

9、n(4CosSinR2)Cos1 (EDP23wpminwp220D) 1Sin(4CosSin)Cos1)(18(180)902(洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計203、外圈帶游隙設(shè)計 本次優(yōu)化設(shè)計采用外圈帶游隙設(shè)計。即：Grmin、Grmax分別代表游隙下限和上限值。 2GrGr2Dd Dmaxminwie洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計214、內(nèi)外溝道不等曲率設(shè)計內(nèi)外溝道不等曲率設(shè)計溝曲率半徑一般可表示為： weewiiDfRDfRmm8Dw0.530-0.525 fe0.520-0.515 fimm8D

10、w0.530-0.523 fe0.520-0.512 fi設(shè)計中?。郝尻栞S研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計225、擋邊高度設(shè)計以6204為例 50年代擋邊高系數(shù)為0.295 60年代擋邊高系數(shù)為0.257 缺點： 在有較大徑向游隙，同時承受一定量的軸向負荷時 很容易造成接觸橢圓截斷現(xiàn)象，從而使軸承過早失效 wi2diD/ )dd(Kw2edeD/ )dD(K洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計235、擋邊高度設(shè)計國際上各大軸承公司深溝球軸承擋邊高系數(shù)不盡相同一般取值范圍是：6000系列0.30.46200、6300、64

11、00系列0.4左右 日本KOYO司Kdi=0.340.37Kde=0.300.35原因：外圈滾道接觸橢圓長短軸之比a/b比內(nèi)圈小，Kde10mm的占20% 。七、深溝球軸承發(fā)展趨勢 洛陽軸研科技股份有限公司洛陽軸研科技股份有限公司2022-5-14優(yōu)化設(shè)計864其他技術(shù)條件其他技術(shù)條件a 改變滾動體數(shù)目改變滾動體數(shù)目 改變滾動體的數(shù)目可以使軸承的固有頻率發(fā)生改變，從而避免與系統(tǒng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象b 徑向游隙徑向游隙 軸承的徑向游隙越大，軸承的剛性越差，軸承易產(chǎn)生較大振幅的振動，易發(fā)生共振，因此應(yīng)合理控制軸承的游隙。國外將游隙壓縮到只有普通軸承的1/21/3c 尺寸公差及旋轉(zhuǎn)精度尺寸公差及旋轉(zhuǎn)精度 軸承的尺寸精度公差影響到軸承的安裝配合部位的精度，同時軸承外徑作為加工中的定位面，對軸承外溝道的加工有著直接影響，因此應(yīng)對公差進