滾動(dòng)軸承的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)研究

周晨光 司翔宇

滾動(dòng)軸承的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)研究

周晨光1司翔宇2

（1.河南科技大學(xué)，河南 洛陽 471000；2.云南大學(xué)，云南 昆明 650500）

隨著我國機(jī)械化和現(xiàn)代化程度不斷加深，軸承制造已經(jīng)能輕松實(shí)現(xiàn)大批量、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化生產(chǎn)。但在進(jìn)行滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)過程中，需要計(jì)算參數(shù)眾多，工作量大且對(duì)計(jì)算結(jié)果的精確度具有極高的要求。而在電子計(jì)算機(jī)的幫助下，能夠快速、精準(zhǔn)地完成滾動(dòng)軸承的計(jì)算。本文立足于滾動(dòng)軸承的基本構(gòu)造，重點(diǎn)對(duì)滾動(dòng)軸承的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要分析。

滾動(dòng)軸承；計(jì)算機(jī)；輔助設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)及各領(lǐng)域中的廣泛普及和使用，計(jì)算機(jī)技術(shù)的完善度和成熟度也得到了相應(yīng)提升，將其運(yùn)用到滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)中，能在提高滾動(dòng)軸承各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算效率和計(jì)算精確度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)流程優(yōu)化，進(jìn)而大大提升設(shè)計(jì)和研發(fā)滾動(dòng)軸承的效率?；诖?，本文簡要分析滾動(dòng)軸承的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

1 構(gòu)建滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

1.1 計(jì)算滾動(dòng)軸承壽命

在進(jìn)行滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)過程中，需要構(gòu)建相關(guān)數(shù)學(xué)模型，而計(jì)算滾動(dòng)軸承的壽命則是其中的重中之重。通過利用公式即可求出滾動(dòng)軸承的實(shí)際壽命，其中，n和C分別表示抽成轉(zhuǎn)速和基本額定動(dòng)載荷，當(dāng)量動(dòng)載荷用P表示，球軸承和滾動(dòng)軸承的ε值并不相同，前者取值為3，后者則取值為10/3［1］。

1.2 計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷

在計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的過程中，不同的軸承其計(jì)算方式也各不相同，如在計(jì)算深溝球、調(diào)心球及調(diào)心滾子軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷時(shí)，如果，那么根據(jù)P=Fr×fp即可求出軸承當(dāng)量動(dòng)載荷。但如果，那么需要利用公式P=（XFr+YFa）×fp計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷。其中，F(xiàn)r與Fa分別表示軸承需要承受的實(shí)際徑向與軸向負(fù)荷，單位均為N，而X與Y則分別代表著徑向與軸向的符合系數(shù)，e為軸向負(fù)荷影響系數(shù)，而fp則表示動(dòng)負(fù)荷系數(shù)。如果軸承為圓柱滾子軸承，則只需要使用公式P=Fr×fp即可計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷。

1.3 計(jì)算基本額定動(dòng)載荷

1.4 確定載荷系數(shù)

在進(jìn)行滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)過程中，確定載荷系數(shù)即fp非常重要，而在確定過程中，需要充分考慮機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)際工作環(huán)境。通常情況下，如果沒有受到?jīng)_擊或是沖擊力度較小時(shí)，載荷系數(shù)一般為1～1.2，如通風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)等；如果受到中等力度的沖擊或是慣性力為中等水平時(shí)，載荷系數(shù)一般為1.2～1.8，如起重機(jī)、造紙機(jī)、冶金機(jī)械等。而如果遭到強(qiáng)力沖擊，載荷系數(shù)則需要控制在1.8到3.0之間，例如，破碎機(jī)、鉆探機(jī)等。

2 滾動(dòng)軸承的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

2.1 建立數(shù)據(jù)庫

本文選擇使用第六代Visual FoxPro系統(tǒng)完成滾動(dòng)軸承數(shù)據(jù)庫的建立工作。在進(jìn)入該系統(tǒng)之后，需要將相關(guān)字符輸入“命令”窗口中，并將數(shù)據(jù)庫的字段名及其具體名稱等輸入設(shè)計(jì)器中，如字段名Dn對(duì)應(yīng)的名稱就是軸承內(nèi)徑，而字段名B則代表軸承寬度等。在輸入所有字段后，進(jìn)入輸入記錄導(dǎo)入環(huán)節(jié)，即將包括圓柱滾子、深溝球等常見軸承全部導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中，之后只需要關(guān)閉數(shù)據(jù)庫即可得到擁有若干滾動(dòng)軸承數(shù)據(jù)庫文件的數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)工作奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)據(jù)庫運(yùn)維

當(dāng)完成滾動(dòng)軸承數(shù)據(jù)庫建立工作之后，需要依照各生產(chǎn)部門的具體需要，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫中記錄和輸入的滾動(dòng)軸承特性及相關(guān)數(shù)值等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和修改，如增加部分單位需要使用的但并不十分常見的滾動(dòng)軸承特性，或是結(jié)合具體生產(chǎn)部門給出的參考數(shù)值對(duì)數(shù)據(jù)庫中錄入的相關(guān)特性值進(jìn)行刪改等。為了有效提高數(shù)據(jù)庫的安全性和可靠性，可以通過對(duì)用戶進(jìn)行權(quán)限設(shè)置的方式，在數(shù)據(jù)庫滾動(dòng)軸承特性修改、刪除等管理操作中設(shè)置用戶名和密碼，用戶需要正確輸入用戶名及密碼才能進(jìn)入滾動(dòng)軸承特性的管理界面，完成相應(yīng)刪改等操作［3］。

2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算流程

通常情況下，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行滾動(dòng)軸承的輔助設(shè)計(jì)，主要是計(jì)算滾動(dòng)軸承各項(xiàng)參數(shù)數(shù)值并對(duì)全面審核與校訂計(jì)算結(jié)果。在計(jì)算之前，計(jì)算機(jī)需要根據(jù)軸承具體的荷載類型、大小及性質(zhì)等，利用內(nèi)部用于計(jì)算滾動(dòng)軸承壽命的數(shù)學(xué)模型完成對(duì)基本額定動(dòng)載荷的計(jì)算，之后將其與標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)值進(jìn)行比較，在確保標(biāo)準(zhǔn)參考值大于計(jì)算值的情況下，在數(shù)據(jù)庫中選擇與之相對(duì)應(yīng)的軸承代號(hào)。而如果標(biāo)準(zhǔn)參考值小于計(jì)算的額定動(dòng)載荷值時(shí)，需要重新計(jì)算和確定滾動(dòng)軸承的型號(hào)。

2.4 具體案例

為更好地展示計(jì)算機(jī)在滾動(dòng)軸承中發(fā)揮的輔助設(shè)計(jì)作用，筆者將以轉(zhuǎn)速為1 480r/min，需要承受的實(shí)際徑向與軸向負(fù)荷分別為600N和400N，圓周力為1 500N、齒輪直徑為200mm且存在中等沖擊的滾動(dòng)軸承為例。假設(shè)其工作溫度為140℃，且預(yù)期壽命為15 000h，需要使用計(jì)算機(jī)完成對(duì)軸承實(shí)際壽命能否與預(yù)期壽命值相符合的驗(yàn)證工作［4］。考慮到在這一滾動(dòng)軸承中，軸承需要承受的實(shí)際軸向動(dòng)負(fù)荷為負(fù)，且其方向與軸承需要承受的實(shí)際徑向負(fù)荷保持一致，因此NFA的值應(yīng)為1。通過在滾動(dòng)軸承計(jì)算界面依次輸入各項(xiàng)需要的軸承數(shù)據(jù)，并點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕開始運(yùn)行程序，便能得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

3 結(jié)語

在計(jì)算機(jī)輔助下，滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)變得更加高效、快捷，尤其是在對(duì)滾動(dòng)軸承的壽命、當(dāng)量動(dòng)載荷、額定動(dòng)載荷等設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算，工作人員通過使用計(jì)算機(jī)能在提高計(jì)算效率的基礎(chǔ)上，有效保障計(jì)算結(jié)果的精確度，為滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)提供重要的參考數(shù)值。筆者相信，在未來滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)的運(yùn)用程度和運(yùn)用范圍將進(jìn)一步加深，有關(guān)滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫等也將得到持續(xù)優(yōu)化與完善。

［1］宋敏，郝紅武.滾動(dòng)軸承的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)［J］.西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2014（3）：25-27.

［2］張國興，陶怡，張彩云.滾動(dòng)軸承計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2014（7）：16-18.

［3］王嵩，張勝文，彭世警，等.軸承動(dòng)特性技術(shù)研究及計(jì)算軟件開發(fā)［J］.江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（4）：351-356.

［4］賈晨輝，夏新濤，頡譚成，等.低噪聲滾動(dòng)軸承CAD系統(tǒng)的開發(fā)［J］.洛陽工學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（1）：53-56.

Research on the Computer Aided Design of Rolling Bearings

Zhou Chenguang1Si Xiangyu2
（1.Henan University of Science and Technology，Luoyang Henan471000；2.Yunnan University，Kunming Yunnan 650500）

With the deepening of mechanization and modernization in our country,the manufacturing of bearings has been able to realize mass,standardized and specialized production easily.But in the process of rolling bearing design,it is necessary to calculate a lot of parameters,the workload is large,and the accuracy of the calculation results are very demanding.With the help of electronic computer,the calculation of rolling bearings can be completed quickly and accurately.This paper were based on the basic structure of rolling bearings,and focused on the computer aided design of rolling bearings.

rolling bearings；the computer；aided design

TH133.33

A

1003-5168（2017）09-0017-02

2017-08-01

周晨光（1996-），男，本科，研究方向：軸承設(shè)計(jì)與計(jì)算。

司翔宇（1996-），男，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)及算法。