圆柱滚子轴承保持架优化设计_公平
轧机四列轴承结构优化提升轧机使用寿命
轧机四列轴承结构优化提升轧机使用寿命
立题背景
一线悬臂式轧机是由美国布兹泼罗公司设计，由新日本工机制作的二十世纪八十年代高速线材生产线中轧机、预精轧机组。自1989年投产以来，已使用20多年。经过1999年改造，坯料由135*135方坯改为150*150方坯，目前生产能力已有原来的年产35万吨提高到了55万吨。中轧机、预精轧机区域每月事故时间占总事故时间的50%左右，成本消耗占用总成本的40%左右。在生产实践中高线技术人员和设备维护人员为降低φ300、φ400事故率从轧机结构改进、密封形式改进、装配过程优化、润滑油品清洁度指标提升，含水量等级提升等方面做了大量工作，取得了一定效果。但以上措施都没有从根本上解决轧机轴承使用寿命短这一核心问题。悬臂式轧机有着无扭转轧制、调整精度高、换辊速度快、设备结构简单、布置紧凑、检修维护方便、轧制品种丰富等优点，更能适应变幻莫测，竞争激烈的钢材市场。因此保持一高线的生产稳定对唐钢第二钢轧厂的发展显得尤为重要。
针对四列轴承每一列滚动体承载不一样，磨损不均匀这一状况，结合现场实际情况，课题组拟定从两方面对四列圆柱滚子轴承进行改进创新。第一把轴承内圈外表面加工一定的锥度补偿轴的微小弯曲变形，滚动体、外圈尺寸不变，使改进后的四列滚子轴承在轧辊轴轻微弯曲时每列滚动体受力均匀；第二将梳型铜合金保持架改为窗式冲压钢保持架。改进后的轴承在故障率高，滚动体受力不均匀状况比较明显的15#轧机试用。在保证轧机的润滑、装配要求、轧机负荷等环境条件不变的情况下检测轴承使用状况，及时总结并调整改进。使用成功后逐渐推广到其他架次轧机。
技术方案与创新性成果
（一）技术方案
1、高线悬臂式轧机的结构
高线悬臂式轧机结构见图一
其传动方式是电机发出的动力经过齿形联轴器传给齿轮箱，经过变速后，带动安装于辊箱摇臂上的轧辊轴，通过安装在轧辊轴上的轧辊实现线材的轧制。
2、轧辊轴受力分析
在轧钢过程中轧辊受到齿轮的传动力矩、轧制力和轧制力矩共同作用。轧辊主要受到轧制力作用产生弯曲变形，由于轧辊轴各部直径相差不大，为计算简便，将轧辊轴受力简化成力学简图，用材料力学中计算伸出梁挠曲方法处理。以四列滚子轴承远离轧辊侧的单列滚动体为支点，计算轧辊靠近轧辊侧单列滚动体处产生的弯曲挠度。
高速圆柱滚予轴承保持架运动分析
第３９卷第２期 ２０１３年４月 航空发动机 Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ Ｖ０１．３９ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１３
高速圆柱滚予轴承保持架运动分析 刘秀海 ，邓四二 ，滕弘飞， （１．中航工业沈阳发动机设计研究所航空发动机动力传输航空科技重点实验室，沈阳１ １００１５； ２．河南科技大学机电工程学院，河南洛阳４７１００３；３．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连１１６０２４） 摘要：在高速滚动轴承中保持架的动态性能对轴承的整体性能有着重要的影响，保 持架的质心运动是动态性能的具体表现之一。针对高速圆柱滚子轴承，建立了动态分析模 型，通过模型进行数值仿真，分析保持架的质心运动，研究了轴承转速、载荷、游隙等对保 持架质心运动轨迹的影响。研究结果表明：转速对保持架的运动状态具有决定性作用，转 速超过一定值时，保持架的质心产生涡动，速度越高涡动稳定性越好；径向载荷大，保持架 涡动时质心轨迹紊乱而不规则，保持架的运动稳定性差；游隙越小，涡动越严重但涡动稳 定性好。研究结果可对高速圆柱滚子轴承保持架的动态性能分析提供一定的技术支持及 理论依据。 关键词：圆柱滚子轴承；保持架；动态分析；运动分析 刘秀海（１９８１），男，博士，工程师，从 事航空发动机滚动轴承设计工作。 基金项目：国家“十一五，，科技攻关 Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃａｇｅｓ ｉｎ Ｈｉｇｈ—Ｓｐｅｅｄ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ 项目（ＪＰＰＴ－１ １５—１８９）资助 Ｒｏｌｌｅｒ Ｂｅａｒｉｎｇｓ 收稿１３期：２０１２—１１—２１ ＬＩＵ Ｘｉｕ—ｈａｉ ，ＤＥＮＧ Ｓｉ—ｅｒ ，ＴＥＮＧ Ｈｏｎｇ—ｆｅｉ （１．Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ，ＡＶＩＣ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｅｎｇｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １００１５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００３，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １６０２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｃａｇｅ ｈａｖｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｏｎ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｃａｇｅ ｍａｓｓ ｃｅｎｔｅｒ ｍｏｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅ ｃａｇｅ ｍａｓｓ ｃｅｎｔｅｒ ｍｏｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ，ｌｏａｄ， ａｎｄ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｇｅ ｍａｓｓ ｃｅｎｔｅｒ ｏｒｂｉｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｄｅｃｉｓｉｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｇｅ ｍａｓｓ ｃｅｎｔｅｒ ｍｏｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃａｇｅ ｗｈｉｒｌｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａ ｔｏｐ ｖａｌｕｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｇｅ ｗｈｉｒ１．Ａ ｄｉｓｏｒｄｅｒ ｃａｇｅ ｍａｓｓ ｃｅｎｔｅｒ ｏｒｂｉｔ ａｎｄ ｂａｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃａｇｅ ｗｈｉｒｌ ｏｃｃｕｒ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒａｄｉａｌ ｌｏａｄ．ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ，ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｔｈｅ ｗｈｉｒｌ ｂｕｔ ｔｈｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｍａｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｕｐｐｏ￣ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃａｇｅｓ ｉｎ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｔｉｎｇｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｍｉｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ；ｃａｇｅ；ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ０引言 在高速滚动轴承中，保持架的动态性能对轴承的 整体性能具有重要的影响，如高频的保持架涡动可引 起啸叫和扭矩的波动，使轴承过早失效。因此有必要 对轴承保持架动态性能进行研究。保持架动态性能的 分析与保持架动力学建模密不可分。伴随着轴承向高 速化发展，保持架本身的问题Ｅｔ益突出㈣，特别是保 持架的质心运动分析引起高度重视。Ｋｉｎｇｓｂｕ 立 了保持架涡动模型，并分析了保持架涡动的产生机理， 但对保持架涡动的影响因素及其影响大小的研究却较 少。Ｇｕｐｔａｔ５ 】主要对固体润滑的滚动轴承进行研究，而 对油润滑轴承的保持架研究却相对较少。Ｍｅｅｋｓｔ ２１只对 保持架的受力和磨损进行了研究。而Ｓａｋａ ｃ －．Ｉｔ３］和立 石佳男Ⅱ 保持架动态运动的研究所针对的轴承速度 较低。国外对保持架的研究比较全面，
圆柱滚子轴承滚子刚度-概述说明以及解释
圆柱滚子轴承滚子刚度-概述说明以及解释
1.引言
1.1 概述
圆柱滚子轴承是一种常用的滚动轴承类型，其采用圆柱形滚子作为滚动体，广泛应用于工程机械、汽车、航空航天等领域。滚子刚度是衡量轴承抗扭刚度的重要指标，直接影响轴承的承载能力和使用寿命。在圆柱滚子轴承的设计和应用过程中，了解和控制滚子刚度是至关重要的。
本文将从圆柱滚子轴承的概念入手，介绍滚子刚度的定义和重要性，并分析影响滚子刚度的因素。通过本文的学习，读者将更深入地理解圆柱滚子轴承的工作原理和性能特点，为相关领域的工程实践提供理论支持。
1.2 文章结构
文章结构部分主要包括以下几个方面：
1. 引言部分：介绍文章的背景和目的，简要概述文章将要讨论的内容。
2. 正文部分：详细介绍圆柱滚子轴承的概念、滚子刚度的定义和重要性，以及影响滚子刚度的因素。
3. 结论部分：总结本文的主要内容和观点，探讨滚子刚度对轴承性能的影响，并展望未来研究的方向。
通过以上结构，读者可以清晰地了解本文的内容安排和逻辑发展，便于深入理解和阅读。 目的部分的内容如下：
1.3 目的
本文旨在探讨圆柱滚子轴承滚子刚度对轴承性能的影响及其重要性。通过深入分析滚子刚度的定义、影响因素等关键内容，旨在为相关领域的研究人员提供深入的理论基础和实用指导。同时，通过对滚子刚度的研究及其对轴承性能的影响进行总结和展望，进一步提高轴承的使用效率和寿命，促进轴承技术的进步和发展。希望本文能为相关领域的研究工作者提供有益的参考和启发，推动该领域的研究成果和技术创新。
2.正文
2.1 圆柱滚子轴承的概念
圆柱滚子轴承是一种常见的机械零部件，广泛应用于工业设备和机械领域。它由内圈、外圈、滚子、保持架等部件组成，通过滚动滚子来支撑和传递载荷。圆柱滚子轴承具有较高的承载能力和刚度，适用于高速、高精度要求的工作环境。
圆柱滚子轴承的工作原理是利用滚子与内外圈的接触来承受载荷，并通过滚动运动来减小摩擦阻力和能量损失。它能够承受径向和轴向载荷，同时具有较高的运转精度和稳定性。在工程设计中，圆柱滚子轴承通常与油脂润滑装置结合使用，以确保其正常运转。
圆锥滚子轴承内圈小挡边优化设计
璺 二 ！ ＣＮ４ｌ一１１４８／ＴＨ 轴承２０１２年２期 Ｂｅａｒｉｎｇ ２０１２，Ｎｏ．２
圆锥滚子轴承内圈小挡边优化设计
李韶凡，欧阳巧琳，范强
（洛阳ＬＹＣ轴承有限公司 技术中心，河南 洛阳４７１０３９）
摘要：针对圆锥滚子轴承在安装时小挡边易崩裂的问题，从理论上对轴承安装时小挡边的受力进行了分析，可 知小挡边与滚子间的接触面积是导致小挡边崩裂的关键因素。因此，对小挡边形状进行了优化，减小了挡边与 滚子间接触面距油沟的有效距离，从而减小了小挡边所受弯矩，很好地解决了小挡边崩裂的问题。 关键词：圆锥滚子轴承；内圈；小挡边；优化；崩裂 中图分类号：ＴＨ１３３．３３ ２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００—３７６２（２０１２）０２—００１４—０２
１ 问题的提出
为某主机所供的圆锥滚子轴承安装时出现小
挡边崩裂现象，经过检测与分析，并与国内、外厂 家同类型轴承进行对比，认为小挡边结构设计还 有改进空间。
２原因分析
圆锥滚子轴承内组件小挡边在工作时不受 力，但是安装时安装工具对其内组件的冲击力会
使小挡边受力，因此如果小挡边强度不够或设计 不合理，再加上小挡边油沟处热处理后产生的拉
应力作用，在安装过程中容易发生崩裂。 现对内圈小挡边在轴承内组件安装过程中所
受的冲击载荷进行分析。在传统的圆锥滚子轴承 设计中，内圈小挡边及其油沟设计如图１所示。
在轴承内组件安装时，安装套筒会对套圈端面施 加一个冲击载荷，该载荷可近似为一个均布力ｑ。； 由于小挡边与滚子接触，此时两者之间会产生一
个相互作用力。 小挡边与滚子之间的相互作用力可近似为一
个接触长度为ｆ 的均布力ｑ 。假设套圈的质心距 内径面距离为Ｒ ，滚子与保持架的质心距内径面
距离为 ，套圈对轴的摩擦力为． ，滚子对套圈的 摩擦力为． ，安装套简对套圈端面的冲击力为均
布载荷口。，其与套圈接触宽度为ｆ ，套圈质量为
，滚子与保持架的总质量为ｍ，敲击后瞬间套圈 的瞬时速度为 ，滚子与保持架的瞬时速度为／３。， 并建立如图１所示坐标系。
滚动轴承金属实体保持架技术条件(T1184-2014)
………公司标准
实体铜保持架技术条件
拟制
审核
会签
批准
1. 适用范围
本标准规定了本公司一般用途调心滚子轴承实体铜保持架的技术要求、外观质量、检验规则、标志与包装。
本标准适用于本公司对调心滚子轴承实体保持架的最终检验。
2. 参照标准
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期引用文件， 其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 699-1999 优质碳素结构钢
GB/T 1176- 2013 铸造铜合金技术条件
GB/T 1348-2009 球墨铸铁件
GB/T 2828.1 -2012 计数抽样检验程序 第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划。
GB/T 4437.1-2000 铝及铝合金热挤压管 第1部分：无缝圆管。
GB/T 4437.2-2003 铝及铝合金热挤压管 第1部分：有缝管。
GB/T 5231- 2012 加工铜及铜合金牌号和化学成分
GB/T 8597-2013 滚动轴承 防锈包装
GB/T 28268-2012 滚动轴承 冲压保持架技术条件
JB/T 7051-2006 滚动轴承零件 表面粗糙度测量和评定方法
3. 术语和定义
GB/T 28268-2012 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
单一平面外径变动量 VDcsp
与保持架端面的切平面平行的单一径向平面内，最大与最小单－平面单一外径之差。
VDcsp= Dcspmax- Dcspmin
3.2
平均外径变动量 VDcmp
单个保持架最大与最小单一平面平均外径之差。 VDcmp= Dcmpmax- Dcmpmin
3.3
单一平面内径变动量 Vdcsp
与保持架端面的切平面平行的单一径向平面内，最大与最小单－平面单一内径之差。
基于ANSYS的圆柱滚子轴承的接触分析
基于ANSYS的圆柱滚子轴承的接触分析
伍妮妮;周思柱;张维
【期刊名称】《内江科技》
【年(卷),期】2013(034)011
【总页数】1页(P104)
【作 者】伍妮妮;周思柱;张维
【作者单位】长江大学机械工程学院;长江大学机械工程学院;长江大学机械工程学院
【正文语种】中 文
圆柱滚子轴承作为常用的标准件，在机械设计制造中应用非常广泛，采用有限元分析软件 ANSYS对圆柱滚子轴承建模并进行其压力为函数情况下的接触分析，分析得到接触面的应力分布及位移变化，提供了一种有效施加函数载荷的方法，也为圆柱滚子轴承的设计优化提供了依据。
轴承作为机械设计制造中常用的标准件，其接触面的受力情况对其使用寿命和振动分析起到至关重要的作用，而接触面通常要施加一个正弦变化的力。本文通过ANSYS模拟对NU1004圆柱滚子轴承施加一个余弦变化的载荷，提供了一种施加函数载荷的方法，并通过接触分析得到圆柱滚子轴承在加载下位移与应力变化情况。
1.1 圆柱滚子轴承有限元模型建立与有限元网格划分
圆柱滚子轴承由轴承内圈、外圈、保持架和滚子组成，其结构参数由图1可知。以NU1004圆柱滚子轴承为例，其轴承内圈内径d=20mm，轴承外圈外径D=42mm，轴承宽度B=12mm，轴承内圈外径Fw=25.5mm，轴承外圈内径D2=38mm，圆柱滚子半径r=(D2-Fw)/4，滚珠个数n=12，采用PLANE183单元模拟整个轴承模型，为了节省计算资源模型省略保持架。
轴承材料为GCr15，弹性模量EX=2.07e11Pa，泊松比PRXY =0.3。控制单元长度为0.5mm，划分得到网格单元数4254，结点数14044，网格模型略。
1.2 边界条件及载荷
轴承外圈固定，因为模型省略保持架，为了达到同样的效果，约束滚子周向位移，设定滚子与内外圈为摩擦接触，设定摩擦系数0.003。假设圆柱滚子轴承为平面应变模型，并假设轴承内圈径向压力分布载荷为：
《2024年镀膜圆柱滚子轴承力学性能分析》范文
《镀膜圆柱滚子轴承力学性能分析》篇一
一、引言
镀膜圆柱滚子轴承是现代机械系统中常用的关键部件之一，其在高速、高负荷和长时间运行的环境中扮演着重要的角色。因此，对镀膜圆柱滚子轴承的力学性能进行分析显得尤为重要。本文将深入探讨镀膜圆柱滚子轴承的力学性能，包括其结构特点、力学模型、应力分析以及影响因素等，以期为相关研究和应用提供有益的参考。
二、镀膜圆柱滚子轴承的结构特点
镀膜圆柱滚子轴承主要由内圈、外圈、滚子和保持架等部分组成。其中，滚子是轴承的主要承载元件，其表面经过特殊处理，形成一层均匀、致密的镀膜，以提高轴承的耐磨性和抗疲劳性能。内圈和外圈则通过滚子和保持架的配合，实现轴承的旋转运动。
三、力学模型及应力分析
1. 力学模型：镀膜圆柱滚子轴承的力学模型主要包括滚动体模型、内外圈接触模型等。在运行过程中，滚子与内外圈之间的接触应力分布和大小直接影响到轴承的力学性能。通过建立精确的力学模型，可以更好地理解轴承在各种工况下的力学行为。
2. 应力分析：在应力分析方面，主要关注的是轴承在运行过程中所承受的载荷、摩擦力以及由此产生的应力分布。通过对这些应力的分析，可以评估轴承的承载能力、抗疲劳性能以及耐磨性能等。此外，还应考虑轴承在不同工况下的温度变化对力学性能的影响。
四、影响因素及优化措施
1. 影响因素：影响镀膜圆柱滚子轴承力学性能的因素较多，包括材料性能、制造工艺、润滑条件、运行环境等。材料性能如硬度、耐磨性等直接影响轴承的承载能力和使用寿命；制造工艺如表面处理、热处理等对轴承的精度和可靠性有着重要影响；润滑条件如润滑剂的种类和用量直接关系到轴承的摩擦和磨损；运行环境如温度、湿度等也会对轴承的力学性能产生影响。
2. 优化措施：针对影响镀膜圆柱滚子轴承力学性能的因素，可以采取一系列优化措施。首先，优化材料选择，提高材料的硬度、耐磨性和抗疲劳性能；其次，改进制造工艺，如采用先进的表面处理技术和热处理技术，提高轴承的精度和可靠性；此外，合理选择和使用润滑剂，降低摩擦和磨损；最后，针对特定的运行环境，采取相应的防护措施，如密封、防尘等。
基于BP神经网络和有限元分析的深穴圆柱滚子的优化设计
望 ＝ ２鱼 ＣＮ４１—１１４８／，ＩＨ 轴承２００７年６期 Ｂｅａｒｉｎｇ ２００７，Ｎｏ．６ ４—７
基于ＢＰ神经网络和有限元分析的深穴圆柱滚子
的优化设计
张秀娟，魏延刚
（大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连１１６０２８）
摘要：针对直素线圆柱滚子轴承在工作中滚子端部出现应力集中，降低轴承接触疲劳寿命的问题，采用了深穴 圆柱滚子。结构合理的深穴圆柱滚子轴承可以有效改善普通直素线滚子轴承受载后滚子两端的边缘应力集中 现象。采用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件对深穴圆柱滚子轴承进行Ｔ－－维接触有限元分析，应用ＢＰ神经网络对 滚子深穴结构进行了优化，优化后滚子两端部位的边缘应力集中明显减小，轴承的接触疲劳寿命和承载能力得 到提高。 关键词：圆柱滚子轴承；有限元分析；ＢＰ神经网络；结构优化；深穴滚子 中图分类号：ＴＨ１３３．３３ ２；０２４２．２１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—３７６２（２００７）０６—００Ｏ４—０４
Ｄｅｓｉｇｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｒｏｌｌｅｒ、７Ｉ，ｉｔｈ Ｄｅｅｐ Ｃａｖｉｔｉｅｓ Ｂａｓｅｄ
ｏｎ ＢＰ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ＺＨＡＮＧ Ｘｉｕ—ｊｕａｎ，ＷＥＩ Ｙａｎ—ｇａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎ＠ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｊｉａｏ Ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｘｅｄ ｍｉｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇｓ ａｒｅ ｌｏａｄｅｄ．ｂｏｕｎｄａｒｙ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｏｎ ｔｗｏ ｅｎｄｓ ｏｆ ｒｏｌｌｅｒｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｌｏｗｅｒ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇｓ．Ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｈａｖｉｎｇ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｔｌ１ ｄｅｅｐ ｃａｖｉｔｉｅｓ ａｌｅ ａｂｌｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｎａｍｅｄ ＡＢＡＱＵＳ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｐｅｒｆｏｒｍ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—・ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｍｉｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｈａｖｉｎｇ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌ・・ ｅｒＳ ｗｉｔｈ ｄｅ印ｃａｖｉｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｒｏｌｌｅｒ ｄｅｅｐ ｃａｖｉｔｉｅｓ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＢＰ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｉｔｓ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎ－ ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｉｔｓ ｃｏｎｔａｃｔ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｌｏａｄ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｍｉｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ；ＢＰ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｅｐ ｃａｖｉｔｉｅｓ ｒｏｌｌｅｒ
钻机设备用推力球轴承保持架结构改进
1 序言
随着社会和现代工业的发展，无论什么样的企业都必须要提高竞争力，才能赢得市场。某轴承企业在加工钻机设备用推力球轴承保持架时，由于只有一台加工中心可以加工现行该类型结构的保持架，所以受加工设备的限制，该类型产品的生产效率低下，不能满足公司的订单需求。而某公司现有生产加工厂房中的大部分设备都较为陈旧，已无法满足现代工艺的生产需求，但是在这部分加工设备没有更替之前，仍然要使用其进行生产加工，因此，为解决目前生产效率低下的问题，对现有推力球轴承的保持架结构进行优化设计。
本文介绍的起重设备用推力球轴承，主要适用于低、中转速重载的工况。根据设备工况的要求，装推力球轴承的部位空间位置有限，此轴承在工作循环中的工作时间有较为严格的限制，只要工作时间达到所设定的时间，该轴承就必须更换或者保养。拆装比较频繁，根据此情况设计一种新型结构的内组件球轴承，该结构为推力球轴承，主要是针对保持架结构进行优化。保持架是轴承的重要组件，推力球轴承因轴承的结构，使保持架与钢球组成轴承的内组件，在轴承组装时，要求内组件不可分离。因此优化后的保持架既要对钢球有自锁作用，还要拆装方便，并且要适合现有设备的加工范围。保持架结构不同，所制定的加工工艺及所需设备不同[3]，加工效率也有差别，为提高加工效率，降低生产成本，对现有保持架结构进行优化改进。
2 改进前推力球轴承保持架结构特点及存在的问题
现以5126M.06（8256H.06）保持架为例进行分析。
1）改进前保持架结构如图1所示，是平底形实体保持架结构，保持架材料为ZCuZn40Pb2（黄铜），环形实体上均布N等份兜孔，兜孔内径有单边深度为1.25mm、宽度为4.5mm的内径凹槽，属于整体式结构。
图1 改进前保持架结构
2）因保持架兜孔直径相对钢球直径有0.3～0.5mm的锁量（即保持架兜孔比钢球小0.3～0.5mm），滚动体钢球的直径为36mm，所以保持架兜孔的直径为35.5～35.7mm。
SKF后缀表示(1)
SKF后缀说明
1、 深沟球轴承 （型号以6开头）
-2RS1(2RSH、2RSL) 两侧带丁晴橡胶密封
-RS1(RSH、RSL) 单侧带丁晴橡胶密封
-2Z 两侧带钢防尘盖
-Z 单侧带钢防尘盖
-C3 轴承内部游隙大于普通组（无后缀）游隙
无任何后缀表示轴承为开式轴承，不带密封，需加注润滑油予以润滑，而带密封轴承为免维护轴承；
例：6211-2Z/C3 深沟球轴承，两侧带钢防尘盖，内部为C3游隙；
2、 角接触球轴承 （型号以7开头）
-B 接触角为40°
-BEP(J)(M) 单独使用，尼龙保持架且内部优化设计（ J钢保持架）（M黄铜保持架）
-BECBP（BECBJ）(BECBM) 自由配对轴承，尼龙保持架且内部优化设计（钢保持架）（黄铜保持架）
例：7312 BECBM 角接触球轴承，接触角为40°，自由配对轴承，黄铜保持架且内部优化设计；
3、圆柱滚子轴承 （型号以N开头）
-EC 优化的内部设计
-J 冲压钢保持架
-M（MA、MB、ML、MP） 黄铜保持架
-P 尼龙保持架
-K 内孔带1:12的锥度
-K30 内孔带1:30的锥度
例：NU 232 ECMA/C3 圆柱滚子轴承，内部优化设计，黄铜保持架，内部为
C3游隙；
4、 球面滚子轴承（型号以2开头）
-CC/W33（等同于E） CC设计，外圈带一润滑油槽和三个注油孔
-CA/W33 CA设计，黄铜保持架，外圈带一润滑油槽和三个注油孔
-CCK/W33 (等同于EK) CC设计，内孔带1:12锥度，外圈带一润滑油槽和三个注油孔
例：21320 CCK/C3W33 CC设计球面滚子轴承，内孔带1:12锥度，内部为C3游隙，外圈带一润滑油槽和三个注油孔；