[發明專利]一種滾動球軸承的結構設計方法

有效

• 申請號: 201810036165.2
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108229044B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 鄧松;于文華;華林;錢東升;路小輝
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;汪瑋華

本發明提出一種滾動球軸承的結構設計方法，確定滾動軸承設計目標函數，將軸承的額定動載荷作為目標函數，確定最優軸承結構下獲得最大的額定動載荷，根據軸承結構尺寸邊界條件，軸承制造與裝配結構尺寸邊界條件，軸承套圈接觸載荷邊界條件，最后基于遺傳算法的軸承結構優化設計，獲得基于軸承結構、裝配和服役載荷綜合設計的幾何結構數據。本發明耗時短，可與試驗方法相結合，可以指導試驗，節約試驗成本，基于數值分析方法，具有效率高、成本低、實用性強等優點。

技術領域

本發明屬于機械設計制造的技術領域，尤其涉及一種滾動球軸承的結構設計方法。

背景技術

滾動球軸承壽命通常采用考慮使用荷載、信息條件、材料等因素的壽命評估方程來預測。通常，滾動球軸承根據設計工況載荷計算軸承結構，根據該結構校核軸承承載能力和壽命，以期滿足軸承的預期承載能力和壽命。這種設計思路忽視了軸承裝配和服役載荷對軸承結構的約束作用，很難獲得最優的軸承結構。通常軸承公司進行反復裝配加載實驗來優化軸承結構，這種方法周期長、耗時耗力，經濟性差。為此，將軸承的結構、裝配和服役載荷結合考慮，提出了一種滾動球軸承結構-裝配-服役一體設計方法是非常有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種滾動球軸承的結構設計方法，基于數值分析方法，具有效率高、成本低、實用性強等優點，同時該方法耗時短，可與試驗方法相結合，可以指導試驗，節約試驗成本。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種滾動球軸承的結構設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1)確定滾動球軸承設計目標函數：

對于給定服役壽命的滾動球軸承，其壽命L計算方程如下：

式中，C表示額定動載荷，F表示服役載荷，對于球軸承a＝3，對于滾子軸承a＝10/3，

將軸承的額定動載荷作為目標函數，確定最優軸承結構下獲得最大的額定動載荷，滾動球軸承最大額定動載荷計算方程如下：

式中，f_c是與軸承零件幾何形狀、制造精度及材料有關的系數，Z是軸承滾動體個數，f_o是外滾道溝曲率半徑系數，r_o是外滾道曲率半徑，D_b是軸承滾動體直徑，D_m是軸承節圓直徑，α是接觸角；f_i是內滾道溝曲率半徑系數，r_i是內滾道曲率半徑；

S2)軸承結構尺寸邊界條件：

滾動體直徑受到軸承內外滾道和軸承壁厚的約束，其方程表達式如下：

式中，和分別是用以確定軸承滾動體最大直徑和最小直徑的未知常數，根據軸承設計手冊獲得取值范圍，D是軸承外徑，d是軸承內徑，

為了保證軸承運動靈敏性，軸承的節圓直徑D_m與平均直徑的差應滿足設計要求許可，其表達式如下：

g₄(x)＝＝D_m-(0.5-e)(D+d)≥0

g₅(x)＝(0.5+e)(D+d)-D_m≥0，式中，e是軸承運動靈敏系數，D_m是軸承節圓直徑，

軸承內圈常比外圈承受較大的載荷，所以內圈壁厚應大于外圈壁厚，其表達式如下：

式中，d_i表示內滾道直徑，do表示外滾道直徑，