滾動軸承的計算機輔助設計研究

周晨光 司翔宇

滾動軸承的計算機輔助設計研究

周晨光1司翔宇2

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

隨著我國機械化和現代化程度不斷加深，軸承制造已經能輕松實現大批量、標準化和專業化生產。但在進行滾動軸承設計過程中，需要計算參數眾多，工作量大且對計算結果的精確度具有極高的要求。而在電子計算機的幫助下，能夠快速、精準地完成滾動軸承的計算。本文立足于滾動軸承的基本構造，重點對滾動軸承的計算機輔助設計進行簡要分析。

滾動軸承；計算機；輔助設計

隨著計算機在各行各業及各領域中的廣泛普及和使用，計算機技術的完善度和成熟度也得到了相應提升，將其運用到滾動軸承設計中，能在提高滾動軸承各項設計參數計算效率和計算精確度的同時，實現滾動軸承設計流程優化，進而大大提升設計和研發滾動軸承的效率。基于此，本文簡要分析滾動軸承的計算機輔助設計。

1 構建滾動軸承設計的數學模型

1.1 計算滾動軸承壽命

在進行滾動軸承設計過程中，需要構建相關數學模型，而計算滾動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軸承的實際壽命，其中，n和C分別表示抽成轉速和基本額定動載荷，當量動載荷用P表示，球軸承和滾動軸承的ε值并不相同，前者取值為3，后者則取值為10/3［1］。

1.2 計算軸承當量動載荷

在計算軸承當量動載荷的過程中，不同的軸承其計算方式也各不相同，如在計算深溝球、調心球及調心滾子軸承的當量動載荷時，如果，那么根據P=Fr×fp即可求出軸承當量動載荷。但如果，那么需要利用公式P=（XFr+YFa）×fp計算軸承當量動載荷。其中，Fr與Fa分別表示軸承需要承受的實際徑向與軸向負荷，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，e為軸向負荷影響系數，而fp則表示動負荷系數。如果軸承為圓柱滾子軸承，則只需要使用公式P=Fr×fp即可計算當量動載荷。

1.3 計算基本額定動載荷

1.4 確定載荷系數

在進行滾動軸承設計過程中，確定載荷系數即fp非常重要，而在確定過程中，需要充分考慮機械系統的實際工作環境。通常情況下，如果沒有受到沖擊或是沖擊力度較小時，載荷系數一般為1～1.2，如通風機、汽輪機等；如果受到中等力度的沖擊或是慣性力為中等水平時，載荷系數一般為1.2～1.8，如起重機、造紙機、冶金機械等。而如果遭到強力沖擊，載荷系數則需要控制在1.8到3.0之間，例如，破碎機、鉆探機等。

2 滾動軸承的計算機輔助設計

2.1 建立數據庫

本文選擇使用第六代Visual FoxPro系統完成滾動軸承數據庫的建立工作。在進入該系統之后，需要將相關字符輸入“命令”窗口中，并將數據庫的字段名及其具體名稱等輸入設計器中，如字段名Dn對應的名稱就是軸承內徑，而字段名B則代表軸承寬度等。在輸入所有字段后，進入輸入記錄導入環節，即將包括圓柱滾子、深溝球等常見軸承全部導入數據庫中，之后只需要關閉數據庫即可得到擁有若干滾動軸承數據庫文件的數據庫，為后續工作奠定良好的基礎。

2.2 數據庫運維

當完成滾動軸承數據庫建立工作之后，需要依照各生產部門的具體需要，及時對數據庫中記錄和輸入的滾動軸承特性及相關數值等進行適當調整和修改，如增加部分單位需要使用的但并不十分常見的滾動軸承特性，或是結合具體生產部門給出的參考數值對數據庫中錄入的相關特性值進行刪改等。為了有效提高數據庫的安全性和可靠性，可以通過對用戶進行權限設置的方式，在數據庫滾動軸承特性修改、刪除等管理操作中設置用戶名和密碼，用戶需要正確輸入用戶名及密碼才能進入滾動軸承特性的管理界面，完成相應刪改等操作［3］。

2.3 設計計算流程

通常情況下，使用計算機進行滾動軸承的輔助設計，主要是計算滾動軸承各項參數數值并對全面審核與校訂計算結果。在計算之前，計算機需要根據軸承具體的荷載類型、大小及性質等，利用內部用于計算滾動軸承壽命的數學模型完成對基本額定動載荷的計算，之后將其與標準參考數值進行比較，在確保標準參考值大于計算值的情況下，在數據庫中選擇與之相對應的軸承代號。而如果標準參考值小于計算的額定動載荷值時，需要重新計算和確定滾動軸承的型號。

2.4 具體案例

為更好地展示計算機在滾動軸承中發揮的輔助設計作用，筆者將以轉速為1 480r/min，需要承受的實際徑向與軸向負荷分別為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軸承為例。假設其工作溫度為140℃，且預期壽命為15 000h，需要使用計算機完成對軸承實際壽命能否與預期壽命值相符合的驗證工作［4］。考慮到在這一滾動軸承中，軸承需要承受的實際軸向動負荷為負，且其方向與軸承需要承受的實際徑向負荷保持一致，因此NFA的值應為1。通過在滾動軸承計算界面依次輸入各項需要的軸承數據，并點擊“運行”按鈕開始運行程序，便能得到準確的計算結果。

3 結語

在計算機輔助下，滾動軸承的設計變得更加高效、快捷，尤其是在對滾動軸承的壽命、當量動載荷、額定動載荷等設計參數的計算，工作人員通過使用計算機能在提高計算效率的基礎上，有效保障計算結果的精確度，為滾動軸承的設計提供重要的參考數值。筆者相信，在未來滾動軸承的設計中，計算機的運用程度和運用范圍將進一步加深，有關滾動軸承設計的系統以及數據庫等也將得到持續優化與完善。

［1］宋敏，郝紅武.滾動軸承的計算機輔助設計［J］.西安航空技術高等專科學校學報，2014（3）：25-27.

［2］張國興，陶怡，張彩云.滾動軸承計算機輔助工藝過程設計［J］.林業機械與木工設備，2014（7）：16-18.

［3］王嵩，張勝文，彭世警，等.軸承動特性技術研究及計算軟件開發［J］.江蘇科技大學學報，2015（4）：351-356.

［4］賈晨輝，夏新濤，頡譚成，等.低噪聲滾動軸承CAD系統的開發［J］.洛陽工學院學報，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：軸承設計與計算。

司翔宇（1996-），男，本科，研究方向：計算機及算法。