CN111765167A - 重载耐冲击球轴承设计方法 - Google Patents
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Abstract
重载耐冲击球轴承设计方法，涉及球轴承设计技术领域。本发明的目的是要解决常规球轴承载荷和抗冲击能力差的问题。本发明重载耐冲击球轴承设计方法，通过对球轴承材料合适选取，以及对球轴承结构的各项基本参数做出进一步的优化设计，可以大幅提高球轴承的基础承载能力，设计制造的重载耐冲击球轴承的承载能力可以提高15％～40％；若对球轴承材料进行进一步热处理后，如：轴承钢GCr15采用下贝氏体淬火后，相比常规球轴承抗击冲击能力可提高3倍以上。本发明可获得重载耐冲击球轴承设计方法。
Description
技术领域
本发明涉及球轴承设计技术领域，具体涉及重载耐冲击球轴承设计方法。
背景技术
常规的深沟球轴承设计方法属于通用结构设计，轴承可以应对大多数机械行业的使用要求。但针对如兵器、航天等特种领域，通常需要轴承满足结构尺寸紧凑、承载能力较大以及承受极大地过载需求。因此，为了使球轴承满足针对航天、兵器等系统内大载荷及高冲击的需求，需要重新建立一种球轴承设计方法，针对球轴承结构的设计进行约定，以便满足此种情况的设计需求，填补该领域的技术空白。
发明内容
本发明的目的是要解决常规球轴承载荷和抗冲击能力差的问题，而提供重载耐冲击球轴承设计方法。
重载耐冲击球轴承设计方法，按以下步骤完成：
一、球轴承材料选取：选取轴承钢GCr15、渗碳钢M50Nil或合金钢0Cr40Ni55Al3作为制造球轴承套圈及滚动体的材料，选取合金钢40CrNiMoA或PTFE作为制造球轴承保持架的材料；
二、球轴承结构设计：
1)球轴承基本尺寸：按照GB276的规定或用户要求确定；
2)球轴承平均直径P：P＝(D+d)/2，当球轴承额定静载荷或动载荷低于设计输入要求时，增加P值，增加的P值为0.5mm的整数倍；
3)滚动体直径Dw及数量Z：滚动体直径Dw按照球轴承设计规范选取，以1/64英寸为规格间距；钢球数量Z及填球角按照球轴承设计规范设计；
4)沟曲率：内圈沟曲率Rn＝fi*Dw，fi为内圈沟曲率系数，取值为0.5075～0.515；外圈沟曲率Rw＝fo*Dw，fo为内圈沟曲率系数，取值为0.510～0.520；
5)沟底径：内圈沟底径d1＝P-Dw；外圈沟底径D1＝P+Dw+ε，ε为球轴承游隙的一半；内外圈沟底位置均为球轴承宽度的一半，且沟位置的设计保证内圈、外圈沟底中心的回转截面重合；
6)挡边直径：内圈挡边直径d2＝d1+KH*Dw，外圈挡边直径D2＝D1-KH*Dw，KH为圈沟深系数，取值为0.36～0.42；
7)保持架引导间隙：保持架引导间隙ε＝λ*Dw+0.2mm，当Dw≯7.938mm时，λ＝0；当Dw≥7.938mm时，λ＝0.006；
8)保持架兜孔间隙：保持架兜孔周向间隙σa＝H*Dw+0.3，保持架兜孔径向间隙σr＝H*Dw+0.25，当Dw≯7.938mm时，H＝0；当Dw≥7.938mm时，H＝0.0078。
本发明的有益效果：
本发明重载耐冲击球轴承设计方法，通过对球轴承材料合适选取，以及对球轴承结构的各项基本参数做出进一步的优化设计，可以大幅提高球轴承的基础承载能力，设计制造的重载耐冲击球轴承的承载能力可以提高15％～40％；若对球轴承材料进行进一步热处理后，如：轴承钢GCr15采用下贝氏体淬火后，相比常规球轴承抗击冲击能力可提高3倍以上。
本发明可获得重载耐冲击球轴承设计方法。
附图说明
图1为实施例一中重载耐冲击球轴承的结构示意图，01表示球轴承外圈，02表示球轴承内圈，04表示滚动体，06表示保持架，D表示球轴承外径，d表示球轴承内径，B表示球轴承宽度；
图2为实施例一中球轴承内圈的结构示意图，d表示球轴承内径，d1表示内圈沟底径，d2表示内圈挡边直径，B1表示内圈宽度，Rn表示内圈沟曲率；
图3为实施例一中球轴承外圈的结构示意图，D表示球轴承外径，D1表示外圈沟底径，D2表示外圈挡边直径，C表示外圈宽度，Rw表示外圈沟曲率。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式重载耐冲击球轴承设计方法，按以下步骤完成：
一、球轴承材料选取：选取轴承钢GCr15、渗碳钢M50Nil或合金钢0Cr40Ni55Al3作为制造球轴承套圈及滚动体的材料，选取合金钢40CrNiMoA或PTFE作为制造球轴承保持架的材料；
二、球轴承结构设计：
1)球轴承基本尺寸：按照GB276的规定或用户要求确定；
2)球轴承平均直径P：P＝(D+d)/2，当球轴承额定静载荷或动载荷低于设计输入要求时，增加P值，增加的P值为0.5mm的整数倍；
3)滚动体直径Dw及数量Z：滚动体直径Dw按照球轴承设计规范选取，以1/64英寸为规格间距；钢球数量Z及填球角按照球轴承设计规范设计；
4)沟曲率：内圈沟曲率Rn＝fi*Dw，fi为内圈沟曲率系数，取值为0.5075～0.515；外圈沟曲率Rw＝fo*Dw，fo为内圈沟曲率系数，取值为0.510～0.520；
5)沟底径：内圈沟底径d1＝P-Dw；外圈沟底径D1＝P+Dw+ε，ε为球轴承游隙的一半；内外圈沟底位置均为球轴承宽度的一半，且沟位置的设计保证内圈、外圈沟底中心的回转截面重合；
6)挡边直径：内圈挡边直径d2＝d1+KH*Dw，外圈挡边直径D2＝D1-KH*Dw，KH为圈沟深系数，取值为0.36～0.42；
7)保持架引导间隙：保持架引导间隙ε＝λ*Dw+0.2mm，当Dw≯7.938mm时，λ＝0；当Dw≥7.938mm时，λ＝0.006；
8)保持架兜孔间隙：保持架兜孔周向间隙σa＝H*Dw+0.3，保持架兜孔径向间隙σr＝H*Dw+0.25，当Dw≯7.938mm时，H＝0；当Dw≥7.938mm时，H＝0.0078。
本实施方式的有益效果：
本实施方式重载耐冲击球轴承设计方法，通过对球轴承材料合适选取，以及对球轴承结构的各项基本参数做出进一步的优化设计，可以大幅提高球轴承的基础承载能力，设计制造的重载耐冲击球轴承的承载能力可以提高15％～40％；若对球轴承材料进行进一步热处理后，如：轴承钢GCr15采用下贝氏体淬火后，相比常规球轴承抗击冲击能力可提高3倍以上。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的轴承钢GCr15采用回火处理或下贝氏体淬火处理，热处理后硬度大于HRC58。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：步骤一中所述的渗碳钢M50Nil热处理后对表面进行渗碳，渗碳层厚度为0.7mm～1.2mm，表面硬度为HRC58～HRC63，热处理后芯部硬度为HRC35～HRC48。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的合金钢0Cr40Ni55Al3采用高温固溶和时效处理，处理后硬度大于HRC58。
其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一中所述的合金钢40CrNiMoA经调质处理，调治后硬度为HRC37～HRC45。
其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一中所述的PTFE加工时加入玻璃纤维和MoS2，采用棒料或管料机加成型；PTFE作为保持架结构时，两侧采用金属板夹持，并通过粘接或铆接方式固定。
其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：当球轴承套圈、滚动体或保持架低于使用要求时，采用电子束合金化方式对其进行表面处理。
其他步骤与具体实施方式一至六相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：如图1至图3所示，重载耐冲击球轴承设计方法，按以下步骤完成：
一、球轴承材料选取：选取轴承钢GCr15、渗碳钢M50Nil或合金钢0Cr40Ni55Al3作为制造球轴承套圈及滚动体的材料，应保证处理后工作表面硬度达到HRC56以上，具备一定的强度和耐磨性，选用过程中需要根据材料牌号确定具体的技术控制要求，主要参考但不限于以上材料；选取合金钢40CrNiMoA或PTFE作为制造球轴承保持架的材料；
步骤一中所述的轴承钢GCr15采用回火处理或下贝氏体淬火处理，热处理后硬度大于HRC58；
步骤一中所述的渗碳钢M50Nil热处理后对表面进行渗碳，渗碳层厚度为0.7mm～1.2mm，表面硬度为HRC58～HRC63，热处理后芯部硬度为HRC35～HRC48；
步骤一中所述的合金钢0Cr40Ni55Al3采用高温固溶和时效处理，处理后硬度大于HRC58；
步骤一中所述的合金钢40CrNiMoA经调质处理，调治后硬度为HRC37～HRC45；
步骤一中所述的PTFE加工时加入玻璃纤维和MoS2，增强保持架结构强度及润滑性能，采用棒料或管料机加成型；当轴承尺寸较大时，PTFE作为保持架结构，两侧采用金属板夹持，并通过粘接或铆接方式固定，以便提高保持架的强度。
二、球轴承结构设计：
1)球轴承基本尺寸：按照GB276的规定或用户要求确定；
2)球轴承平均直径P：P＝(D+d)/2，当球轴承额定静载荷或动载荷低于设计输入要求时，可适当增加P值，增加的P值为0.5mm的整数倍；
3)滚动体直径Dw及数量Z：滚动体直径Dw按照球轴承设计规范选取，一般以英制单位进行设计，以1/64英寸为规格间距，特殊情况下钢球直径采用公制尺寸；钢球数量Z及填球角按照球轴承设计规范设计；
4)沟曲率：内圈沟曲率Rn＝fi*Dw，fi为内圈沟曲率系数，取值为0.5075～0.515；外圈沟曲率Rw＝fo*Dw，fo为内圈沟曲率系数，取值为0.510～0.520；
5)沟底径：内圈沟底径d1＝P-Dw；外圈沟底径D1＝P+Dw+ε，ε为球轴承游隙的一半；内外圈沟底位置均为球轴承宽度的一半，且沟位置的设计保证内圈、外圈沟底中心的回转截面重合；
6)挡边直径：内圈挡边直径d2＝d1+KH*Dw，外圈挡边直径D2＝D1-KH*Dw，KH为圈沟深系数，取值为0.36～0.42；
7)保持架引导间隙：保持架引导间隙ε＝λ*Dw+0.2mm，当Dw≯7.938mm时，λ＝0；当Dw≥7.938mm时，λ＝0.006；
8)保持架兜孔间隙：保持架兜孔周向间隙σa＝H*Dw+0.3，保持架兜孔径向间隙σr＝H*Dw+0.25，当Dw≯7.938mm时，H＝0；当Dw≥7.938mm时，H＝0.0078。
当球轴承套圈、滚动体或保持架低于使用要求时，采用电子束合金化等强化方式对其进行表面处理，加强表面耐磨性。
本实施例重载耐冲击球轴承设计方法，通过对球轴承材料合适选取，以及对球轴承结构的各项基本参数做出进一步的优化设计，可以大幅提高球轴承的基础承载能力，设计制造的重载耐冲击球轴承的承载能力可以提高15％～40％；若对球轴承材料进行进一步热处理后，如：轴承钢GCr15采用下贝氏体淬火后，相比常规球轴承抗击冲击能力可提高3倍以上。
Claims (7)
1.重载耐冲击球轴承设计方法，其特征在于该设计方法按以下步骤完成：
一、球轴承材料选取：选取轴承钢GCr15、渗碳钢M50Nil或合金钢0Cr40Ni55Al3作为制造球轴承套圈及滚动体的材料，选取合金钢40CrNiMoA或PTFE作为制造球轴承保持架的材料；
二、球轴承结构设计：
1)球轴承基本尺寸：按照GB276的规定或用户要求确定；
2)球轴承平均直径P：P＝(D+d)/2，当球轴承额定静载荷或动载荷低于设计输入要求时，增加P值，增加的P值为0.5mm的整数倍；
3)滚动体直径Dw及数量Z：滚动体直径Dw按照球轴承设计规范选取，以1/64英寸为规格间距；钢球数量Z及填球角按照球轴承设计规范设计；
4)沟曲率：内圈沟曲率Rn＝fi*Dw，fi为内圈沟曲率系数，取值为0.5075～0.515；外圈沟曲率Rw＝fo*Dw，fo为内圈沟曲率系数，取值为0.510～0.520；
5)沟底径：内圈沟底径d1＝P-Dw；外圈沟底径D1＝P+Dw+ε，ε为球轴承游隙的一半；内外圈沟底位置均为球轴承宽度的一半，且沟位置的设计保证内圈、外圈沟底中心的回转截面重合；
6)挡边直径：内圈挡边直径d2＝d1+KH*Dw，外圈挡边直径D2＝D1-KH*Dw，KH为圈沟深系数，取值为0.36～0.42；
7)保持架引导间隙：保持架引导间隙ε＝λ*Dw+0.2mm，当Dw≯7.938mm时，λ＝0；当Dw≥7.938mm时，λ＝0.006；
8)保持架兜孔间隙：保持架兜孔周向间隙σa＝H*Dw+0.3，保持架兜孔径向间隙σr＝H*Dw+0.25，当Dw≯7.938mm时，H＝0；当Dw≥7.938mm时，H＝0.0078。
2.根据权利要求1所述的重载耐冲击球轴承设计方法，其特征在于步骤一中所述的轴承钢GCr15采用回火处理或下贝氏体淬火处理，热处理后硬度大于HRC58。
3.根据权利要求1所述的重载耐冲击球轴承设计方法，其特征在于步骤一中所述的渗碳钢M50Nil热处理后对表面进行渗碳，渗碳层厚度为0.7mm～1.2mm，表面硬度为HRC58～HRC63，热处理后芯部硬度为HRC35～HRC48。
4.根据权利要求1所述的重载耐冲击球轴承设计方法，其特征在于步骤一中所述的合金钢0Cr40Ni55Al3采用高温固溶和时效处理，处理后硬度大于HRC58。
5.根据权利要求1所述的重载耐冲击球轴承设计方法，其特征在于步骤一中所述的合金钢40CrNiMoA经调质处理，调治后硬度为HRC37～HRC45。
6.根据权利要求1所述的重载耐冲击球轴承设计方法，其特征在于步骤一中所述的PTFE加工时加入玻璃纤维和MoS2，采用棒料或管料机加成型；PTFE作为保持架结构时，两侧采用金属板夹持，并通过粘接或铆接方式固定。
7.根据权利要求1所述的重载耐冲击球轴承设计方法，其特征在于当球轴承套圈、滚动体或保持架低于使用要求时，采用电子束合金化方式对其进行表面处理。
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