分析滚动轴承的设计计算

李俊

摘要：本文通过对深沟球轴承安全接触角和轴向承载能力的设计计算，确认其在轨道车辆门系统驱动机构上的应用可行性。

关键词：深沟球轴承；轴向承载；接触角；应力集中

1.概述

深沟球轴承主要用以承受径向载荷，同时也能承载一定的轴向载荷。深沟球轴承在承受轴向载荷时，钢球与内、外圈沟道之间会形成一定的接触角。如载荷过大，则接触椭圆将被挡边截去一部分，因而在钢球与挡边附近产生应力集中，导致轴承早期疲劳失效。本文旨在通过对北京地铁9号线侧门系统的驱动机构力学模型进行分析计算丝杆端支撑座内轴承的受力情况，从而确定将原先方案的一对角接触球轴承更改为一对深沟球轴承后，系统能否满足使用要求、避免门系统驱动机构的丝杆轴承在改用深沟球轴承后出现上述提前失效的现象，进行以下校核计算。[1～6]

2.计算极限轴向载荷

2.1丝杆支撑受力分析：

驱动机构的双头丝杆有三个支撑，分别为靠近电机侧的左支撑、中间支撑和右支撑。其中，丝杆在中间支撑和右支撑位置只受周向固定，轴向没有限位，为自由状态，可适应丝杆热胀冷缩时产生的长度变化。

我们假设丝杆承受的最大开/关门力300N全部作用在左支撑上，通过左支撑内的两只深沟球轴承传递给机构安装底板。丝杆轴向、径向受力分析如示意图（a）所示。由图（a）可知，丝杆的升角为45.52762°，丝杆承受轴向力为300N时，其径向分力约为295N。丝杆及其上零件承受的重力作用在左支撑轴承上的垂向分力约为80N。据此，作用在左支撑深沟球上的轴向载荷为Fa=300N，径向载荷Fr=375N。

2.2轴承的轴向承载能力计算

3.结论

深沟球轴承在轻载工况下，可替代角接触球使用。正确地分析计算、合理地选用适合的轴承，既可以降低结构成本，也能简化机构，如果采用双面有密封防尘盖的深沟球軸承，还可以实现在整个大修周期内的免维护。

参考文献

[1]董玉雪等.深沟球轴承安全接触角与轴向承载能力的计算. 轴承.2007年5期

[2]杨晓蔚.国内外深沟球轴承的设计方法的对比. 轴承.2010年2期

[3]邓四二、贾群义.滚动轴承设计原理. 北京：中国标准出版社，2008

[4]刘家文译、埃斯曼等著.滚动轴承设计与应用手册. 武汉：华中工学院出版社.1985

[5]黄志强译、冈本纯三著.球轴承的设计计算. 北京：机械工业出版社，2003

[6]张松林主编.最新轴承手册. 北京：电子工业出版社，2007

（作者单位：南京康尼机电股份有限公司）