深沟球轴承优化设计实用教案

2022-5-251一、概述一、概述(i sh) 深沟球轴承的特点： 量大面广，其基型及其变形结构(jigu)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：CrSKFCr优化设计规格型号数量111136038占总规格比例100%11.7%54.1%34.2% 1.0220.900.980.991.011.021.17水平比较高于SKF低于SKF与SKF相当高于SKF第1页/共86页第一页，共86页。2022-5-252一、概述一、概述(i sh)深沟球轴承的结构(jigu)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(mc)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。第2页/共86页第二页，共86页。2022-5-253二、优化设计二、优化设计(shj)方法方法 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(zht)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第3页/共86页第三页，共86页。2022-5-254深沟球轴承优化设计深沟球轴承优化设计(shj)的特点：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(zhjng)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。 第4页/共86页第四页，共86页。2022-5-255网格法简介网格法简介(jin ji)：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), xEn满足(mnz)约束gi(x)0, j=1,m.变量的取值范围为aixibi , I=1,n第5页/共86页第五页，共86页。2022-5-256网格法简介网格法简介(jin ji)(2)：第6页/共86页第六页，共86页。2022-5-257三、深沟球轴承优化设计三、深沟球轴承优化设计(shj)25.4mmD DZfbCw1.8w2/3cmr深沟球轴承的承载能力是以其额定( dng)动载荷Cr来衡量。 优化设计(shj)的目标函数第7页/共86页第七页，共86页。2022-5-258主要参数约束条件主要参数约束条件主参数(cnsh): Z，Dw，Dwp 约束条件有三个:d)(DKDd)(DKWmaxWiWminmaxjmaxWPWi1) 1Z)(DD(Sin21800.5(D+d)DWP0.515(D+d) 第8页/共86页第八页，共86页。2022-5-259形成形成(xngchng)网网格点格点第9页/共86页第九页，共86页。2022-5-2510判断(pndun)点是否符合条件判断判断(pndun)点是否符合条件点是否符合条件第10页/共86页第十页，共86页。2022-5-2511求最大值及对应点求最大值及对应点第11页/共86页第十一页，共86页。2022-5-2512四、结构及结构参数四、结构及结构参数(cnsh)设计设计右图为深沟球轴承简图其中(qzhng): eiwpdd21DwierD2dDG1、滚动轴承(gndngzhuchng)几何学第12页/共86页第十二页，共86页。2022-5-25132、深沟球轴承填球角研究、深沟球轴承填球角研究(ynji)容许填球角有由几何(j h)条件确定的容许填球角g 和由许用应力确定的容许最大填球角s 之分。右图为几何(j h)填球角计算模型第13页/共86页第十三页，共86页。2022-5-25142、深沟球轴承填球角研究、深沟球轴承填球角研究(ynji)由几何( j h)条件确定的容许填球角g为： 当径向游隙Gr=0时，上式可简化为： 22)5 . 0(5 . 014)5 . 0(12)1 (45 . 0)2180(GrDGrDKGrDGrDKGrDCoswpwdwwdwpgwpgDDw)Kd1 ()2180(Cos第14页/共86页第十四页，共86页。2022-5-25152、深沟球轴承填球角研究、深沟球轴承填球角研究(ynji)由许用应力确定的容许(rngx)最大填球角s可近似地表示为：式中： K -系数，K=0.2324度/N/mm21/2-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，mm wpsDYPK180第15页/共86页第十五页，共86页。2022-5-25162、深沟球轴承填球角研究、深沟球轴承填球角研究(ynji)一般情况下，设计填球角应满足：个别情况下，当gs时，允许大于g但不超过s，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(cinng)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181186，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s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minsg第16页/共86页第十六页，共86页。2022-5-25172、深沟球轴承填球角研究、深沟球轴承填球角研究(ynji)另外，在设计填球角下，装球分球所需压力和压缩(y su)量是装配中需要的两个重要参数，它们可分别表示为（假定=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0最小压缩(y su)量 设计填球角)1Sin(4CosSinR2)Cos1 (EDP23wpminwp220D) 1Sin(4CosSin)Cos1)(18(180)902(第17页/共86页第十七页，共86页。2022-5-25183、外圈带游隙、外圈带游隙(yu x)设计设计 本次优化设计采用(ciyng)外圈带游隙设计。即：Grmin、Grmax分别代表游隙下限和上限值。 2GrGr2Dd Dmaxminwie第18页/共86页第十八页，共86页。2022-5-25194、内外、内外(niwi)沟道不等曲沟道不等曲率设计率设计沟曲率半径(bnjng)一般可表示为： weewiiDfRDfRmm8Dw0.530-0.525 fe0.520-0.515 fimm8Dw0.530-0.523 fe0.520-0.512 fi设计(shj)中取：第19页/共86页第十九页，共86页。2022-5-25205、挡边高度(god)设计以6204为例 50年代挡边高系数为0.295 60年代挡边高系数为0.257 缺点： 在有较大径向游隙，同时承受一定量的轴向负荷时 很容易造成接触椭圆截断现象(xinxing)，从而使轴承过早失效 wi2diD/ )dd(Kw2edeD/ )dD(K第20页/共86页第二十页，共86页。2022-5-25215、挡边高度(god)设计国际上各大轴承公司深沟球轴承挡边高系数不尽相同一般取值范围是：6000系列0.30.46200、6300、6400系列0.4左右 日本KOYO司Kdi=0.340.37Kde=0.300.35原因：外圈滚道接触( jich)椭圆长短轴之比a/b比内圈小，Kde10mm的占20% 。七、深沟球轴承发展趋势七、深沟球轴承发展趋势 第83页/共86页第八十三页，共86页。2022-5-25844其他技术条件a 改变滚动体数目 改变滚动体的数目可以使轴承的固有频率发生改变，从而避免与系统产生共振现象b 径向游隙 轴承的径向游隙越大，轴承的刚性越差，轴承易产生较大振幅的振动，易发生共振，因此(ync)应合理控制轴承的游隙。国外将游隙压缩到只有普通轴承的1/21/3c 尺寸公差及旋转精度 轴承的尺寸精度公差影响到轴承的安装配合部位的精度，同时轴承外径作为加工中的定位面，对轴承外沟道的加工有着直接影响，因此(ync)应对公差进行严格的规定d 对轴承零件的要求*选用高精度、低振动值的钢球，表面必须经强化处理，无磕碰伤、划伤、麻点和压坑，表面粗糙度要求Ra0.012m，Ry0.16m*保持架、密封圈、骨架及防尘盖等零件的技术要求，包括尺寸精度及形位公差等，尤其是对保持架的制造精度提出了更高的要求。应强调的是轴承零件不允许有磕碰伤、毛刺、黑皮七、深沟球轴承发展趋势七、深沟球轴承发展趋势 第84页/共86页第八十四页，共86页。2022-5-2585第85页/共86页第八十五页，共86页。2022-5-25优化设计(shj)86感谢您的观看(gunkn)！第86页/共86页第八十六页，共86页。