兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 615-628.doi: 10.12382/bgxb.2021.0575
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牛荣军1, 刘越2,3,*(), 唐红利1, 崔永存1, 邓四二1
收稿日期:
2021-08-28
上线日期:
2022-06-08
通讯作者:
NIU Rongjun1, LIU Yue2,3,*(), TANG Hongli1, CUI Yongcun1, DENG Si'er1
Received:
2021-08-28
Online:
2022-06-08
摘要:
为满足高功率密度传动系统对轴系轴承高承载和长寿命的指标要求,基于弹性力学理论和滚动轴承设计方法建立多点支撑轴系轴承的力学模型,通过数值计算精确获取轴系挠曲变形曲线,以及轴承载荷分布、接触角和接触应力等性能,进而分析驱动力矩和位置对轴承寿命的影响,给出轴系结构优化配置参数。研究结果表明:多点支撑轴系的挠曲变形对轴系轴承的载荷分配产生明显影响,在实际多点支撑轴系轴承性能计算中,要考虑轴系形变和轴系轴承的耦合作用,精确评估轴承寿命;从多点支撑圆柱滚子轴承最佳凸型设计角度考虑,中间列滚子轴承选择两边弧坡修型、右端滚子轴承选择全圆弧修型,有助于延长轴承使用寿命;从多点支撑球轴承80%爬坡率安全指标要求,驱动力矩为正常工况800N·m时,内沟道极限设计接触角为40.6°,外沟道极限设计接触角为44.3°;从提高轴系轴承综合寿命角度,斜齿轮作用载荷位置的调整可以起到明显效果,在段距离为41~46mm范围轴系轴承的综合寿命处于最佳区间。
中图分类号:
牛荣军, 刘越, 唐红利, 崔永存, 邓四二. 多点支撑结构形变及轴系轴承承载性能分析[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 615-628.
NIU Rongjun, LIU Yue, TANG Hongli, CUI Yongcun, DENG Si'er. Deformation of the Multi-point Support Structure and Loading Performance Analysis of Its Shafting Bearing[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(2): 615-628.
类型 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
轴承外径D/mm | 100 | |
轴承内圈d/mm | 45 | |
轴承宽度B/mm | 25 | |
QJ309 | 钢球数目Zb | 11 |
设计接触角α0/(°) | 35.0 | |
钢球直径Dw/mm | 17.462 | |
球列径向游隙uBr/mm | 0.035 | |
轴承外径D/mm | 75.0 | |
轴承内径d/mm | 30 | |
NU2306 | 滚子有效长度le/mm | 16.5 |
滚子个数Zr | 13 | |
滚子直径Dw/mm | 12.0 | |
滚子列径向游隙uRr/mm | 0.030 | |
轴承外径D/mm | 85.0 | |
轴承内径d/mm | 45.0 | |
NU209 | 滚子有效长度le/mm | 11.633 |
滚子个数Zr | 17 | |
滚子直径Dw/mm | 11.0×2 | |
滚子列径向游隙uRr/mm | 0.030 |
表1 轴承类型和结构参数
Table 1 Parameters of bearing type and structure
类型 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
轴承外径D/mm | 100 | |
轴承内圈d/mm | 45 | |
轴承宽度B/mm | 25 | |
QJ309 | 钢球数目Zb | 11 |
设计接触角α0/(°) | 35.0 | |
钢球直径Dw/mm | 17.462 | |
球列径向游隙uBr/mm | 0.035 | |
轴承外径D/mm | 75.0 | |
轴承内径d/mm | 30 | |
NU2306 | 滚子有效长度le/mm | 16.5 |
滚子个数Zr | 13 | |
滚子直径Dw/mm | 12.0 | |
滚子列径向游隙uRr/mm | 0.030 | |
轴承外径D/mm | 85.0 | |
轴承内径d/mm | 45.0 | |
NU209 | 滚子有效长度le/mm | 11.633 |
滚子个数Zr | 17 | |
滚子直径Dw/mm | 11.0×2 | |
滚子列径向游隙uRr/mm | 0.030 |
类型 | T/(N·mm) | Δr,l/μm | Δa,l/μm | Θl/μrad | Δr,m/μm | Θm/μrad | Δr,r/μm | Θr/μrad |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
400 | -22.9 | -0.30 | -4.6 | 3.4 | -5.6 | 0.78 | 6.9 | |
600 | -28.7 | -0.36 | -6.2 | 4.9 | -8.2 | 0.99 | 9.9 | |
柔性轴 | 800 | -33.6 | -0.31 | -7.5 | 6.3 | -10.5 | 1.20 | 12.8 |
1000 | -379.0 | -0.10 | -8.4 | 7.6 | -12.6 | 1.30 | 15.3 | |
1200 | -41.9 | -0.21 | -9.1 | 8.9 | -14.5 | 1.40 | 17.8 | |
400 | 3.7 | -0.31 | 2.8 | 0.5 | ||||
600 | 5.3 | -0.36 | 4.0 | 0.7 | ||||
刚性轴 | 800 | 6.8 | -0.32 | 5.1 | 0.9 | |||
1000 | 8.2 | -0.11 | 6.2 | 1.0 | ||||
1200 | 9.6 | -0.22 | 7.2 | 1.2 |
表2 刚柔性支撑轴系对轴系轴承支撑刚性的影响
Table 2 Influence of rigid and flexible shafting on support rigidity of shafting bearing
类型 | T/(N·mm) | Δr,l/μm | Δa,l/μm | Θl/μrad | Δr,m/μm | Θm/μrad | Δr,r/μm | Θr/μrad |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
400 | -22.9 | -0.30 | -4.6 | 3.4 | -5.6 | 0.78 | 6.9 | |
600 | -28.7 | -0.36 | -6.2 | 4.9 | -8.2 | 0.99 | 9.9 | |
柔性轴 | 800 | -33.6 | -0.31 | -7.5 | 6.3 | -10.5 | 1.20 | 12.8 |
1000 | -379.0 | -0.10 | -8.4 | 7.6 | -12.6 | 1.30 | 15.3 | |
1200 | -41.9 | -0.21 | -9.1 | 8.9 | -14.5 | 1.40 | 17.8 | |
400 | 3.7 | -0.31 | 2.8 | 0.5 | ||||
600 | 5.3 | -0.36 | 4.0 | 0.7 | ||||
刚性轴 | 800 | 6.8 | -0.32 | 5.1 | 0.9 | |||
1000 | 8.2 | -0.11 | 6.2 | 1.0 | ||||
1200 | 9.6 | -0.22 | 7.2 | 1.2 |
参数 | 1号轴承 | 2号轴承 | 3号轴承 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
仿真 结果 | 本文 结果 | 仿真 结果 | 本文 结果 | 仿真 结果 | 本文 结果 | |
径向力/kN | 2.51 | 2.46 | 7.96 | 8.02 | 0.50 | 0.49 |
轴向力/kN | -15.0 | -15.1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
力矩/(N·m) | -148.2 | -150.0 | -6.87 | -6.85 | 1.51 | 1.49 |
表3 计算结果对比分析
Table 3 Comparative analysis of calculation results
参数 | 1号轴承 | 2号轴承 | 3号轴承 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
仿真 结果 | 本文 结果 | 仿真 结果 | 本文 结果 | 仿真 结果 | 本文 结果 | |
径向力/kN | 2.51 | 2.46 | 7.96 | 8.02 | 0.50 | 0.49 |
轴向力/kN | -15.0 | -15.1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
力矩/(N·m) | -148.2 | -150.0 | -6.87 | -6.85 | 1.51 | 1.49 |
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