液压克令吊用转盘轴承设计说明书

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35T-25M液压克令吊用转盘轴承的选型计算与设计

摘 要

转盘轴承是两物体之间需作相对回转运动，又需同时承受轴向力、径向力、倾覆力矩的机械所必需的重要传动元件。本次设计通过对转盘轴承安装部位图进行整体受力分析，画出受力分析图，运用工程力学计算出转盘轴承所承受的最大轴向力和最大倾覆力矩等外负荷。将计算出的数据带入转盘轴承的承载能力曲线图从而初步选定转盘轴承型号。然后，计算出转盘轴承寿命载荷系数，运用转盘轴承寿命载荷系数带入经验公式进行转盘轴承寿命预测，并与其额定寿命进行比较，从而最终选定转盘轴承型号和其连接螺栓强度等级，确定转盘轴承整体外形尺寸。合理选择转盘轴承各部分的材料，对转盘轴承各组成零件依次进行外形尺寸设计。之后，根据转盘轴承现场工作状况，合理设计转盘轴承的密封结构并恰当选择密封件材料。最后，绘制转盘轴承整体装配图，检查并修改转盘轴承各部分尺寸参数。

关键词：转盘轴承，轴向力，倾覆力矩，承载能力曲线图，寿命预测

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The selection and design of computing of 35T-25M hydraulic

cranes with a wheel bearing

ABSTRACT

Wheel bearing is between the two objects should be relative to rotary motion, but also need to bear axial force and radial force and overturning moment of the necessary important mechanical transmission components. The figure design of wheel bearing installation positions are the overall stress analysis, draw the stress analysis, using the engineering mechanics to calculate the wheel bearings on the maximum axial force and overturning moment of substandard of the load. To calculate the carrying capacity of the data into the wheel bearing graph initially selected wheel bearing model. Then, calculate the coefficient of wheel load bearing life, using the rotary bearing life load coefficient to the empirical formula for wheel bearing life prediction, and comparing with its rated life, thus finally selected wheel bearing model and its connection bolt strength grade, determine the wheel bearing overall dimension. The rational selection of material, wheel bearing parts of wheel bearing constituent parts in order to appearance size design. After, according to the field work of turntable bearing condition, reasonable design of wheel bearing seal structure and choose appropriate packing materials. Finally, draw the wheel bearing assembly drawing whole, check and modify the size parameters of the wheel bearing parts.

KEY WORDS: wheel bearing, axial force, overturning moment, carrying capacity curve, life prediction

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目 录

前 言 ................................................................................................ 1 第1章 绪论 ...................................................................................... 2

1.1 液压克令吊用转盘轴承概述 ................................................ 2 1.2 转盘轴承的发展现状 ........................................................... 2 1.3研究转盘轴承的意义 ............................................................ 3 第2章 转盘轴承类型的确定 ........................................................... 4

2.1 外负荷的确定 ....................................................................... 4 2.2 转盘轴承的选型 ................................................................... 6

2.2.1 单排四点接触式选型计算 .......................................... 7 2.2.2 双排异径球式选型计算 .............................................. 7 2.2.3 三排圆柱滚子组合式选型计算 .................................. 7 2.3 转盘轴承寿命预测 ............................................................. 10 第3章 转盘轴承材料 ..................................................................... 11

3.1 转盘轴承内外圈和滚动体材料 .......................................... 11

3.1.1 转盘轴承内外圈材料 ............................................... 11 3.1.2 转盘轴承滚动体材料 ............................................... 12 3.2 转盘轴承保持架材料 ......................................................... 12 第4章 转盘轴承的设计 ................................................................. 14

4.1 转盘轴承的基本结构参数 ................................................. 14 4.2 安装螺栓的强度计算 ......................................................... 14

4.2.1 静强度计算 ............................................................... 15 4.2.2 疲劳强度计算 ........................................................... 16 4.3 内齿圈计算 ......................................................................... 17

4.3.1 内齿圈外形尺寸计算 ............................................... 17 4.3.2 内齿圈齿的计算 ....................................................... 18 4.4 第一外圈计算 ..................................................................... 18 4.5 第二外圈计算 ..................................................................... 19 4.6 圆柱滚子计算 ..................................................................... 19

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4.6.1 滚子修缘与凸度计算 ............................................... 20 4.7 主推力滚道保持架计算 ..................................................... 21 4.8 反推力滚道保持架计算 ..................................................... 22 第5章 转盘轴承的润滑和密封 ..................................................... 23

5.1 转盘轴承的润滑装置的选用 .............................................. 23 5.2 转盘轴承的润滑脂的选用 ................................................. 23 5.3 转盘轴承的密封 ................................................................. 24 结 论 .............................................................................................. 26 谢 辞 ................................................................................................ 27 参考文献 .......................................................................................... 28 外文资料翻译 .................................................................................. 30

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前 言

转盘轴承将机器的上部和下部连接起来，用以支承上部的重量和工作负荷，并使上部能相对下部旋转。而船用吊车用转盘轴承安装在吊车塔身底部，内圈下端面与焊接在船甲板上的固定基柱通过螺栓连接，外圈上端面与吊车塔身通过螺栓连接。船用吊车工作时通过回转机构驱动回转小齿轮与转盘轴承内齿圈啮合，实现外圈旋转，从而实现船用吊车的正常回转。

转盘轴承和普通轴承一样，都有滚动体和带滚道的滚圈。但是，它与普通轴承相比，又有很多差异，主要的有以下几点：

（1）转盘轴承的尺寸都很大，其直径通常在0.4~10米，有的竟达40米。

（2）转盘轴承一般都要承受几个方面的负荷，不仅要承受轴向力、径向力，还要承受较大的倾覆力矩。因此，一套转盘轴承往往起几套普通轴承的作用。

（3）转盘轴承的运转速度很低，通常在10转/分以下。此外，在多数场合下，转盘轴承不作连续回转，而仅仅在一定角度内往返旋转，相当于所谓的“摆动轴承”。

（4）在制造工艺、材料及热处理等方面，转盘轴承与滚动轴承有很大差别。

（5）转盘轴承上带有旋转驱动的齿圈以及防尘用的密封装置。 （6）转盘轴承的尺寸很大，不像普通轴承那样套在心轴上并装在轴承箱内，而是采用螺钉将其紧固在上、下支座上。

转盘轴承行业在我国已经历了30余年的发展，目前已具备了转盘轴承的设计、制造和测试的综合开发能力．转盘轴承的结构型式和规格尺寸，选用正确与否矗接影响到产品的质量和性能，关系到经济效益．不合理的选用甚至会导致严重的质量事故．所以应重视合理选用转盘轴承，避免盲目使用，确保使用可靠性．

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第1章 绪论

1.1 液压克令吊用转盘轴承概述

克令吊是外来词，英文是crane ， 又称船用吊机、船用起重机，是船上的一种大甲板机械，它是一种船舶装卸货物的设备，液压克令吊是船舶上普遍使用的一种装卸货设备。

而转盘轴承是一种能够同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷，集支承、旋转、传动、固定等多种功能于一身的特殊结构的大型轴承。一般情况下，转盘轴承自身均带有安装孔、润滑油和密封装置，可以满足各种不同工况条件下工作的各类主机的不同需求；另一方面，转盘轴承本身具有结构紧凑、引导旋转方便、安装简便和维护容易等特点，被广泛用于起重运输机械、采掘机、建筑工程机械、港口机械、风力发电、医疗设备、雷达和导弹发射架等大型回转装置上。简单来说克令吊用转盘轴承即船用转盘轴承。

转盘轴承绝大多数都是在偏心载荷下工作,因此除承受轴向载荷、径向载荷外, 还必须克服倾覆力矩的作用, 如工程机械、建筑机械中的起重机和挖掘机的回转转盘轴承的作用是支承船用吊车和传递扭矩，主要承受轴向力与倾覆力矩。为使主机结构支承, 在上述载荷的作用下应能满足支承回转、固定及强度的综合性能。紧凑，轴承直径和高度与正常产品相比要小很多，而且不设置配重，其倾覆力矩可达到轴向力的18倍，两者的比值基本上在14．9—18之间。目前最常用的结构为单排四点接触式转盘轴承、双排异径球转盘轴承和三排圆柱滚子组合转盘轴承。

1.2 转盘轴承的发展现状

我国转盘轴承行业已有三、四十年的历史，它从无到有，从小到大，逐步走向成熟，目前已具备了满足各类主机需要的转盘轴承的设计、制造、测试的综合开发能力，为主机行业的发展做出了一定的贡献。特别是马鞍

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山回转支承厂，自1984年与建设部北京建筑机械综合研究所合作，成功地开发出80年代国际先进水平的单排球式转盘轴承后，打破了我国转盘轴承行业以3片式交叉滚柱和双排球式为主的落后局面，大大缩小了与发达国家之间的差距，带动了我国转盘轴承行业的迅速发展。近年来，国内已开始设计和制造三排滚珠式、三排滚锥式转盘轴承。洛阳轴承厂、徐州轴承厂和马鞍山回转支承厂现在都进行转盘轴承专业化生产。国外，转盘轴承由轴承公司进行专业化生产，各公司都有自己的型式、尺寸系列。主要生产公司有：联邦德国的罗特爱德（ROTHE ERDE ）公司和FAG公司；法国的RKS公司； 英国的泰泊雷克斯（TAPEREX ）公司；日本的NSK 、KOYO 公司以及美国、苏联、德国的一些公司和工厂。

1.3研究转盘轴承的意义

我国转盘轴承产品的发展起步较晚,到70年代末80年代初才有一定的规模。起初，市场上用量最大的是单排四点接触球式回转支承，而且滚道直径在Φ500～Φ1500mm之间的占其中的绝大部分；如今，随着工程机械、特种车和工业机器人等的发展，转盘轴承产品在需求量日益增大的同时，对产品的质量、创新性提出了更高的要求。目前，船用吊车通过近二十年的国外技术引进和消化，在国内已形成了系列化生产，除普通克令吊外，目前瘦身型克令吊、双起吊型克令吊、软管吊型克令吊也已系列生产。但船用吊车的配套件2003年前多由国外进口，特别是回转机构中连接旋转塔身和固定基柱的转盘轴承。而在船舶、挖掘机等重型机械上转盘轴承的应用又非常广泛。因此，研究转盘轴承对我国重型机械的发展具有深远的影响。

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第2章 转盘轴承类型的确定

2.1 外负荷的确定

作用在转盘轴承的负荷主要包括：总轴向力、总倾覆力矩和在力矩M作用平面中的总径向力。而由于转盘轴承工作条件复杂，在计算上述诸力时要考虑动载荷、冲击及负荷频率等因素的影响，这些因素对转盘轴承的强度和寿命往往有很大的影响，现取使用条件系数Kc=1.2（表2-1），现运用工程力学的方法对转盘轴承的安装部位图进行受力分析，画出受力分析图（如图2-1），计算转盘轴承所承受的外负荷。

图2-1 转盘轴承受力分析图

最大轴向力：

Fa?W?WJ?KC(G?WH) ?244900?122100?1.2?（350000?18000）?80.86?104N最大倾覆力矩：

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M?kc(G?WH)L1?WJL2?W1L3?1.2??350000?18000??25?122100?12.56?1421000?0.1 ?125.5?104Nm最大径向力：

Fr?0.1Fa

?0.1?80.86?104 ?80.86KN式中：使用条件系数kc=1.2

克令吊除底座外的自重W=244900N

克令吊电机及冷凝系统等附件的质量W1?1421000N 吊臂自重WJ=122100N 吊钩装置WH=18000N 最大起吊重量G1=350000N 吊臂长L1=25m

吊臂质点距转盘轴承中心的距离L2=12.56m 电机等附件距转盘轴承中心的距离L3=0.1m

表2-1 使用条件系数（kc）

工作类型 轻工作 中工作 重工作 单斗挖掘机 特重工作 斗轮式挖掘机、隧道掘进机 1.4-1.6 1.6-2.0 机器举例 堆料机、汽车起重机、轮胎起重机 塔式起重机、船用起重机 抓斗起重机、港口起重机 系数Kc值 1.0-1.2 1.1-1.3 1.3-1.4

常用的转盘轴承类型有单排四点接触式（如图2-2）、双排异径球式（如图2-3）和三排圆柱滚子组合式（如图2-4），应分别对这三种转盘轴承进行选型计算，按承载能力选出合适的转盘轴承。

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图2-2单排四点接触式转盘轴承 图2-3 双排异径球式转盘轴承

图2-4 三排圆柱滚子组合转盘轴承

2.2 转盘轴承的选型

转盘轴承绝大多数都是在偏心载荷下工作,因此除承受轴向载荷、径向载荷外, 还必须克服倾覆力矩的作用, 如工程机械、建筑机械中的起重机和挖掘机的回转支承, 在上述载荷的作用下应能满足支承回转、固定及强度的综合性能。根据其承载的情况, 以载荷- 力矩图的承载曲线作为转盘轴承的选型计算方法是目前普通采用的方法。以下为不同结构的转盘轴承的静载荷计算分析: 按静态工况下的静载荷进行选型。

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2.2.1 单排四点接触式选型计算

1. 当承载角a?60。时按静态工况选型（查表2-2知fs?1.25）：

Fa'?(Fa?5.046Fr)fS

?(80.86?104?5.046?8.086?104)?1.25 ?152?104NM'?Mfs

?1255?104?1.25 ?1568?104Nm2. 当承载角a?45。时按静态工况选型（查表2-2知fs?1.25）：

Fa'?(1.225F?2.676Fr)fS

?(1.225?80.86?104?2.676?8.086?104)?1.25 ?150.8?104NM'?1.225Mfs

?1.225?1255?104?1.25 ?1922?104Nm

2.2.2 双排异径球式选型计算

对于双排异径球式回转支承选型计算，当Fr≤10ú 时，Fr 忽略不计。当Fr＞10ú 时，必须考虑滚道内压力角的变化。 按静态工况选型（查表2-2知fs?1.25）

Fa'?Faf

S?80.8?641?0?101?.141N0 1.25M'?Mfs

?1255?104?1.25 ?1568?104Nm

2.2.3 三排圆柱滚子组合式选型计算

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1. 静态工况选型（查表2-2知fs?1.25）

Fa'?Faf

S?80.8?641?0?101?.141N0M'?Msf 1.25 ?125?541?0?156?841N0m .2512. 动态工况校核寿命（查表2-2知fd?1.13）

Fa'?Fafd

?80.86?104?1.13 ?91.37?104M'?Mfd

?1255?104?1.14 ?1418?104Nm

表2-2转盘轴承安全系数

根据上述计算结果，参照JB/T 2300中各结构承载曲线，转盘轴承静

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态载荷及静态下受的倾覆力矩的坐标点在静承载曲线曲线1的下方符合要求。静载荷承载曲线是指转盘轴承滚动体与滚道接触处达到许用接触应力时的轴承静载荷承载能力; 动载荷承载曲线是指转盘轴承承受的径向载荷

4不大, 回转速度很低, 要求工作精度不高时, 其额定使用寿命为3?10r

的承载能力。曲线1 表示转盘轴承采用42CrMo 材料制造时的静载荷承载曲线，曲线2 表示额定使用寿命为3?104r 的动载荷承载曲线, 螺钉的极限承载曲线表示螺栓的连接长度为螺栓公称直径5 倍时,预应力为螺栓材料屈服强度极限70% 时的承载曲线。

将上述各计算结果带入各类型转盘轴承的承载曲线图进行选型可选出型号为134.50.3150.02的三排圆柱滚子组合式强度达到且外形尺寸合适，其承载曲线图如下：

图2-5 13×.50.3150承载能力曲线图

图2-5中：1线为静态承载能力曲线，2线为动态承载能力曲线；点2’

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为静态载荷点，点2’为动态载荷点。2’点在静态承载能力曲线下方，满足要求；点2’在10.9级螺栓承载能力曲线下方，因此选择10.9级螺栓可以满足要求。

2.3 转盘轴承寿命预测

采用转盘轴承动载荷承载曲线预测转盘轴承的寿命与轴承寿命载荷系数有关，而轴承寿命载荷系数按下式计算：

fe?Fac120??1.31 Fa91.37式中：Fac——承载曲线坐标原点与动载荷连线在动载荷承载曲线上交 点的轴向载荷，单位：KN

Fa——转盘轴承所承受的最大轴向力，单位：KN??10 3根据转盘轴承的动载荷承载曲线的定义，按下列公式进行预测转盘轴承使用寿命的计算：

Lf?30000(fe)?

=30000?1.31 =73795h103 式中：Lf——转盘轴承全回转时的使用寿命，单位r； fe——轴承寿命载荷系数；

?——寿命指数，转盘球轴承??3；转盘滚子轴承?? 由于Lf?73795?45000h，所以说算选用转盘轴承满足要求。

10。 310

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第3章 转盘轴承材料

3.1 转盘轴承内外圈和滚动体材料

轴承内外圈滚道和滚动体在很高的接触应力作用下进行相对滚动运动，一般接触应力在1000～4000MP之间。同时，滚动体和滚道之间还不可避免地存在着少量滑动摩擦和滚动摩擦，滚动体、保持架之间也存在着摩擦。材料是轴承质量的基础，为了使轴承获得长寿命、持久的高精度和低摩擦，制造轴承套圈和滚动体的材料必须具有以下特点：接触疲劳强度高、硬度高、耐磨性好、组织稳定性好、纯洁度高、加工性能好。

3.1.1 转盘轴承内外圈材料

选材要点：

1. 材料的机械性能一定要满足两个要求。一个要求是滚道表面要有很高的接触强度和抗磨损能力及抗剥蚀能力。另一个要求是齿圈的齿部应具有高的轮齿强度、冲击韧性和耐磨性。

2. 材料的热处理工艺性能应能满足要求。由于滚道和齿部一般采用表面淬火，故套圈材料应选择含碳量为0.37～0.5%的合金调质钢。

根据选材要点及以往的回转支承设计和实际使用情况，套圈材料选用42CrMo-GB3077，其化学成分及锻件的力学性能分别见表3-1和表3-2。

表3-1 42CrMo的化学成分

化学成分（质量分数）（%） 牌号 C Si Mn Cr Ni — Mo 0.15～0.25 42CrMo 0.38～0.45 0.17～0.37 0.50～0.80 0.90～1.20

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表3-2 42CrMo锻件力学性能

力学性能 热处理钢号 状态 mm 截面尺寸 ?bMPa σ0.2 硬度 AKU AKDVM (σs) MPa δ% ψ% （AKV） J J 40 40 40 38 38 （35） （35） （35） — — HB ≤100 90～1100 650 550 500 460 390 12 13 14 15 16 50 50 55 — — ≥260 ≥260 ≥260 ≥260 ≥260 101～160 800～950 42CrMo 调质 161～250 750～900 251～500 690～840 501～750 590～740

42CrMo钢是超高强度钢，具有高强度和韧性,淬透性也较好，无明显的回火脆性,淬火时变形小,调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力,低温冲击韧度良好,高温时有高的蠕变强度和持久强度。该钢通常将调质后表面淬火作为热处理方案。

3.1.2 转盘轴承滚动体材料

从20世纪初到目前为止，世界各国大多数滚动轴承都使用含碳量1%左右、含铬1.5%左右的高碳铬钢制造。这种钢材含合金元素少，价格便宜，淬透性好，热处理后能得到均匀而稳定的显微组织、高而均匀的硬度、高的接触疲劳强度和好的耐磨性。

我国的高碳铬轴承钢主要有GCr4、GCr15和GCr15SiMn等五个牌号，现我们选用使用最多的GCr15作为转盘轴承滚动体的材料。

3.2 转盘轴承保持架材料

轴承旋转中保持架与滚动体的相互作用一般是不平稳的，存在着不断的碰撞，保持架要收到交变应力作用。另外，保持架兜孔与滚动体之间、保持架与套圈引导面之间的相对运动是滑动，存在着滑动摩擦。因此制造保持架的材料应具有以下的特性：较好的疲劳强度，硬度比滚动体低且耐

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磨性好，摩擦系数小、密度小，加工性能好。

保持架材料有金属材料和非金属材料。金属材料主要有：碳素结构钢、碳素工具钢、石墨钢、不锈钢、黄铜和硬铝等。非金属材料主要有：酚醛塑料、尼龙6、尼龙66、聚四氟乙烯、聚甲醛等塑料。现综合考虑经济性等各方面因素选取ZL102作为第一保持架和第二保持架的材料，第三保持架材料选用尼龙1010。

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第4章 转盘轴承的设计

4.1 转盘轴承的基本结构参数

根据第2章选择的轴承型号查得到轴承的基本结构尺寸如下表：

表4-1 134.50.3150.02转盘轴承基本结构尺寸

外圈安装公称外径D 3432 孔分布圆直径外型尺寸 公称内径d 2868 安装总高H 270 孔尺油孔个数孔直径3342 模数m 22 D1 外圈安装孔分布圆直径2958 齿宽b 180 D2 45 齿轮参数 齿顶圆42 直径2758.8 齿数Z 126 外圈安装dn1 内圈安装螺纹直径n1结构尺8 寸 dm1258 84 da 外圈高度寸 安装螺纹长度L 安装孔个65 72 数n 变位系0.5 数x H1 内外圈两端面高度差h

4.2 安装螺栓的强度计算

已知数据：

外圈螺栓分布圆直径DL=3432mm，螺栓数目n=72（沿圆周均匀分布）；

螺栓直径d=42mm，螺距P=4.5；

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螺纹中径d2=36.57mm，d3螺纹计算直径d3=34.69mm ； 轴向力Fa=808.6kN，倾覆力矩M=12550kN.m

4.2.1 静强度计算

转盘轴承安装螺栓的静强度应满足

?y约为0.5～0.7，若超过0.7，则?S应增加螺栓数目、加大螺栓直径或改变螺栓材料以满足0.5～0.7的要求。

受载最大的螺栓上的工作外载荷：

PLmax?4MFa?DL.nn

4?1255088.6?

3.432?7272?190.85kN?螺纹应力面积：

AS????36.57?34.69??4?222??

?4?2?997mm2螺栓的预紧力：

??d2?d3???Py?KyPLmax(1?X)?2?190.85?(1?0.25) ?286.275KN式中：Ky——连接面紧密性安全系数：取1.5～2 X——基本负荷系数：取0.25 螺栓的预紧应力：

286.275?103?y???287MPa

AS997

10.9级螺栓的屈服极限?s?940MPa

Py15

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?y287转盘轴承安装螺栓的静强度??0.306（可用）

?S940

4.2.2 疲劳强度计算

转盘轴承安装螺栓疲劳强度应满足：螺栓最大计算负荷：

??1p?2 ?aPj?Py?XPLmax?286.275?0.25?190.85 ?333.988KN螺纹内端面的拉应力：

?1?

pjAs333.988?103?

997?335MPa预紧时螺纹上的摩擦力矩：

MP?0.12.Py.d

?0.12?286.275?103?42 ?1442826Nm螺纹内径断面最大切应力：

?1?MP?d?d3?0.2?2??2?144282633 ??36.57?31.36?0.2???2???184.11MPa

最大合成应力:

?1s??12?3?12

?3352?3?184.112 ?462.5MPa16

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面。在图1.b)中滚动体1，2，3和4参与外部负载的承载转移，并对称地分布在有关外部径向载荷两边。

从图片中可以显而易见看到轴承座圈之间的径向距离是不同的。在如图1.a)所示位置两轴承座圈的距离最小。通过滚动体和保持架的转动两轴承座圈的径向距离是不断增加的直到滚动体均匀分布在如图1.b)所示的外部径向载荷的两侧。在这种情况下，轴承座圈之间的径向距离最大。经过滚动体的进一步转动，它们将返回到原来3号滚动体所在外部径向载荷对面的位置。因此，轴承座圈之间的相对距离随着滚动体和保持架的频繁转动而周期性的变化，滚动体和保持架的振动频率等于保持架的转动速度与轴承滚动体数目的乘积。这个频率作为轴承外圈的特定频率而被人们所熟知。轴承外圈的特定振动频率是判断轴承工作状态的重要数据。在振动分析过程中，人们发现一个特定的振动频率对于分析轴承的损坏部位和滚动体是否磨损有着非常重要的作用。 2.2 振动技术的起源

由于在研磨和珩磨过程中的违规操作，滚动体与的保持架接触面总是与其完美形状有所偏差。由这些生产过程产生的一个典型瑕疵是波纹度（如图2）波纹度由有缺陷的部件外表面的正弦形波纹组成。如今，波纹度在小型深沟球轴承的振幅是纳米级的。尽管如此，波纹度仍然会造成在一定的范围内产生明显的振动。除了波纹度外，其他在目前工作过程中出现的缺陷是滚动体直径变化和保持架跳动。

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图2球轴承的

3. 滚动轴承的振动对机械系统正常运转的影响

确切的调查显示，滚动轴承的噪音和振动对机器的影响通常可以分为四类：

第一类包括所有应用滚动轴承的的领域，由于滚动轴承特殊的设计和其特殊的运动方式造成其工作时产生了非常不舒服的振动和噪声。这种情况在日常消费品中尤其常见，比如各种家庭或办公设备，其在工作工程中就会产生令人极其愤怒的振动和噪声。噪音在加热和空调系统中也是一个很重要的问题。在加热和空调系统中电机或轴承的振动可以通过空气槽和通风管转移出去。在交通运输机械应用的轴承也要求安静的运转。这类机械主要包含像电梯的驱动系统等，其工作过程中过的的振动和噪声会给乘客造成恐慌。振动和噪声常常被解释为系统时快时慢在通过其共振区域时产生的。知道了轴承产生振动的频率有助于缓解这些问题，甚至完全避免它们。

第二类包括必须具有非常高的操作性和位置进度才能正常运转的机器。举例来说，主要有生产钣金、纸、化学薄膜的各种加工设备。电脑磁盘的加工也是其中一个例子，其加工需要轴承的精度必须在0.25至0.5μm之间[1]。磨床通常就几何精度和表面粗糙度而言有很高的要求，误差远

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低于1μm.振动会显著增加几何精度和表面粗糙度的加工误差，并且可能导致淬火钢的永久冶金损坏。

第三类包括机器的工作可靠性和安全性不是那么重要的场合。这类机器通常会产生和传输非常大的力，并拥有非常多的转动部件且运转速度非常快。像压缩机、泵和涡轮机等。干扰力的出现可以看做是那些系统动态不稳定的后果，同时也是结构超负荷的标志，而这些负荷在设计阶段很容易被忽视。因此，在这些机器的旋转系统在各个设计阶段都需要进行分析，而不同的技术和转子动力学振动分析也都被充分利用。有关滚动轴承动态行为和干扰力产生的知识，可以帮助人们建立更有效的动态响应系统模型。

第四类包括基于测量和滚动轴承动态行为就其整体和部分操精度的重要结论。产生动态干扰的原因可能出现在组装和操作过程中，由工艺参数的改变或机器结构损伤造成，比如，压力的改变，突然的振动等。动态行为分析可以为相关机器部件的安装、维护赔偿及其运转过程中的质量提供重要的信息。这些数据可以作为机器是否进行维护活动的第一指标，或者作为未来一段时间内机器零件需进行维修或更换的信号。通过滚动轴承的动态行为可以看出滚动轴承逐渐磨损的状况，最近，滚动轴承的动态行为也成为其还是否可用的非常可靠且易测量的指标。滚动轴承被用于在转动部件与壳体之间传递负荷，其不可避免造成引起整个机械系统动态行为的干扰力的转移。由于这些原因，机械振动的测量应该在轴承附近测量，因为在轴承附近能最好的体现机器的整体状态。在一般情况下，可以认为机器运转状况最先在轴承上体现。因此，滚动轴承动态行为时一般机械系统工作状态的最重要和最相关的指标之一。滚动轴承动态行为的知识是对整体系统运行精度状态进行有效分析的先决条件。 4. 结论

滚动轴承是机械结构的主要噪声和振动的发生器之一。滚动轴承产生噪声和振动的原因可以归纳为以下四类：滚动轴承具体的结构和其运行状态（结构振动），技术振动，轴承损伤，环境的负面影响。滚动轴承在机械的噪声和振动产生的影响同构有必要的调查可以分为四类：减少噪声和振动，提高旋转精度，对旋转系统动态行为的调查研究，检测和诊断机械系统状态。

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对塑性变形的安全系数：

nT??S940??2.03?1.2 ?1S462.5螺栓循环变应力增幅：

X.PLmax0.25?190.85?103?a???23.93MPa

2AS2?997疲劳安全系数：

??1p60?1.6 na???4.01?2（满足要求）

?a23.93

4.3 内齿圈计算

4.3.1 内齿圈外形尺寸计算

4-1内齿圈各部分尺寸代号图

Da?Dpw1?(1.281.4)Dw1?3150?50?(1.28~1.4)?3080mm Dc?Dak?2?(1.24~1.4)Dw1?3080?2?(1.24~1.4)?50?3210mm a1?Dw1?10?50?10?43mm

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a2?(1~1.3)Dw1?(1~1.3)?50?59mm a3?b1?a1?a2?205?43?59?103mm

4.3.2 内齿圈齿的计算

齿数：z?126 模数:m?22mm 变位系数：x??0.5

分度圆直径：d?mz?2772mm 齿顶圆直径：De?2758.8mm

**df?d?m?2x?2(ha?c)???齿根圆直径：

?2772?22??2?0.5?2?(1?0.25)? ?2894mm

4.4 第一外圈计算

4-2 内齿圈各部分尺寸代号图

d2?2Dpw1?Da?2?3150?3080?3220mm Bw1?(d2?Da)/2???(3220?3084)/2?3?67mm f?h0?Dw1?0.5a2?58?55?0.5?55?140.5 g?0.5Lw2?B5?30mm B5?(8~1? 5)m1m0 B1?f?g?140.5?30?170.4mm B2?B1?h0?170?58?112.5mm

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B3?B1?0.75Dw1?h0?170.5?0.75?50?58?75mm B4?Lw3?B5?25?10?35mm d3?Dpw3?0.5Dw3?3222.5mm

d4?Dc?2Dw3?3260mm d5?d4?(2~4)?3264mm

4.5 第二外圈计算

4-3 内齿圈各部分尺寸代号图

Mo?C?B1?B5?258?170.5?10?97.5mm B0?51mm M1?M0?B0?B5?97.5?51?10?36.5mm M3?B5?10mm M2?M0?B0?0.75Dw2?97.5?51?0.75?40?16.5mm da?D3?(3~6)?3085?(3~6)?3090mm

Dpw2?D3?(1.28~1.4)Dw2?3089?(1.28~1.4)?40?4142mm Dpw3?(d4?Dc)/2?(3260?3210)/2?3235mm d6?d3?322.5mm d8?d5?3264mm

4.6 圆柱滚子计算

第一滚子直径：Dw1?50mm 第一滚子长度：Lw1?Dw1?50mm 第二滚子直径： Dw2?40mm 第二滚子长度：Lw2?Dw2?40mm 第三滚子直径： Dw3?25mm 第三滚子长度：Lw3?Dw3?25mm

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4.6.1 滚子修缘与凸度计算

为了提高滚子轴承的承载能力和疲劳寿命，必须从轴承设计和应用两个方面采取措施减小或消除边缘应力集中。设计方面常采用的办法是减小滚子两端的直径，采用带凸度滚子，或者叫做滚子母线修缘，改善滚子型面。也可以在滚子两端面上挖深穴，增加滚子端部的变形能力，也有采用带凸度滚道的。

理想滚子型面能使应力沿接触线均匀分布，也有人提出了理想型面母线的对数曲线。本设计的圆柱滚子采用弧坡修缘，圆心在中心线上。如图3-1所示：取滚子单面凸度等于滚子与一个滚道之间的弹性趋近量，即取：

?c??

式中：?——滚子与一个滚道之间的弹性趋近量 母线修缘长度取：lc?0.15l

l2?l12圆弧半径近似取：Rc?

8?c式中：l——滚子有效长度，l?L?2r；

l1——滚子中部直母线部分长度，l1?l?2lc 已知第一滚子?c1??1?0.072mm r?2mm 第二滚子?c2??2?0.049mmr?1mm 第三滚子?c3??3?0.036mmr?0.5mm 将数据带入上述公式可得：

Rc1?2671.875mm Rc1?2357mm Rc1?2084mm

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图4-4 圆心在中心线上的弧坡修缘

4.7 主推力滚道保持架计算

保持架孔数：k1?6

保持架中心径：R0?Dpw1/2?3150/2?1575mm

单排滚子数量Z1?Dpw1?/(1.3Dw1)?1575??/(1.3?50)?153 扇形段数：Z01?Z1/K1?153/6?26 扇形每段对应的的弦长：

L1k?Dpw1sin(180。/Z01)?3150?sin(180。/26）=380mm

扇形段每段的角度为：??360。/Z01?360/26?13.846。

扇形段每段对应的弧长：i?2?R0/Z01?2??1575/26?380.62mm 滚子兜孔径向值：??Dw1??Dw?50?0.5?50.5mm 滚子兜孔对应的角度为：

??2arcsin??/(2R0)??2arcsin?50/(2?1575)??1.837

滚子兜孔对应的弧长为：K??R0??1.837?1575???50.49mm 保持架外径：R01?(Dpw1?Bw1)/2?(3150?67)/2?1608.5mm

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谢 辞

首先，我要感谢我的指导老师宗老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，给了起到了指明灯的作用；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要感谢同组同学对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。

俗话说的好，“磨刀不误砍柴工”，当每次遇到不懂得问题时，我都会第一时间记在本子上面，然后等答疑的时候问宗老师，而宗老师对于我提出来的问题都一一解答，从来都不会因为我的问题稍过简单加以责备，而是一再的告诫我做设计该注意的地方，从课题的选择到此次设计的最终完成，宗老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，她真正起到了“传道授业解惑疑”的作用，让人油然而生的敬佩。除此之外，我们组和宗老师还有另外两个交流途径：打电话和上网，以便大家第一时间接收到毕业设计的最新消息和资料。多少个日日夜夜，宗老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩宗老师的专业水平外，她治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向宗老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

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外文资料翻译

滚动轴承振动的产生及其意义

1. 介绍

越来越多的关于减少当代机械工业产品的噪音和振动的要求被表达出来。这些需求的提出一方面是由于越来越多的关于噪音的投诉和细化市场的表现,另一方面则是由于其他一系列积极地降低有关标准所导致,而这些最近预设定的标准允许增加这些机械产品所产生的噪音和振动水平。这些机械产品主要产生噪声和振动的机械结构部位是滚动轴承。就滚动轴承而言，噪声和振动经常被描述为既联系又相似的现象。机器工作而产生噪声的原因是由滚动轴承振动的结果。噪声和振动,都是物理现象,由两个要素所决定的:振幅和频率。振幅的特点是振动的信号强度,而振动频率的特点是单位时间内振动重复的频率。

这篇文章主要分析滚动轴承噪音和振动产生的基本原理及振动和噪声对正确调整机械系统的工作状态的重要意义。 2. 滚动轴承振动产生的原理

干扰力量是导致振动运动产生的原因并影响滚动轴承的刚性转子的动态行为，一般可以分为四类，

——滚动轴承具体设计和生产出来的外形（结构振动）， ——轴承元素的微观和宏观几何误差与（振动的技术起源）, ——轴承的损坏元素（振动缘于轴承损伤）， ——负面环境影响（振动缘于环境影响）。

第一种干扰力量产生是滚动轴承离散结构的直接后果，这种后果导致轴承各零件相互位置关系和轴承载荷分布在轴承工作工程中周期性的改变。振动是在轴承设计过程中为实现特定的功能所直接产生不能避免的结果，即使在理想情况下制造的滚动元件轴承也不能避免的产生振动。这些振动也被称为结构性的振动。

在其他三种情况下，由于工作表面的各种几何缺陷而产生生干扰力量，干扰力量源于制造和装配阶段前的开发阶段或者源于在对工作表面磨损的

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研究阶段或者源于否定环境因素的影响。由于震动产生开发和生产不完美所导致的的结果，他们往往可以减少，甚至消除。

轴承的结构在所有已知的情况下都会对轴承的振动产生影响。然而，只有在第一种下轴承的具体结构直接引起振动，而在其他情况下轴承的振动是由于技术错误和轴承损伤的因素，以及轴承附近干扰力量的产生。 2.1 结构振动

原则上说，滚子振动是由滚动轴承具体结构所引起的，表现在两个方面：

——由于内部径向间隙和滚动轴承离散结构的影响， ——由于接触变形引起的滚动轴承刚度周期性变化。

滚动轴承振动的第一个原因是其离散结构和滚动轴承本身的特性。即，轴承内外载荷在轴承工作过程中是不断变化的，导致轴承座圈产生一定位移的跨越离散，隔离滚动体的保持架与外负荷方向的相对角度位置也是不断变化的。滚动体与保持架的位置周期性的发生细微的变化，引起滚动轴承内外位置也发生相对变化。因此，轴承内部相对外部不断运动导致轴承工作时不断振动。内部径向间隙是计划避免微观和宏观几何因素造成的例如在安装过程中外负荷引起的温升和热变形等不利影响，同时，它也是振动产生的根本原因。

图1不同组的轴承滚子相对轴承座圈的相对位置

图1中滚动轴承的八个滚动体在滚动体中占据两个不同位置。在图1.a)中负荷由滚动体1，2，3所承载传递，2号滚动体在外部径向载荷的正对

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