滚动轴承的计算机辅助设计研究

周晨光 司翔宇

滚动轴承的计算机辅助设计研究

周晨光1司翔宇2

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

随着我国机械化和现代化程度不断加深，轴承制造已经能轻松实现大批量、标准化和专业化生产。但在进行滚动轴承设计过程中，需要计算参数众多，工作量大且对计算结果的精确度具有极高的要求。而在电子计算机的帮助下，能够快速、精准地完成滚动轴承的计算。本文立足于滚动轴承的基本构造，重点对滚动轴承的计算机辅助设计进行简要分析。

滚动轴承；计算机；辅助设计

随着计算机在各行各业及各领域中的广泛普及和使用，计算机技术的完善度和成熟度也得到了相应提升，将其运用到滚动轴承设计中，能在提高滚动轴承各项设计参数计算效率和计算精确度的同时，实现滚动轴承设计流程优化，进而大大提升设计和研发滚动轴承的效率。基于此，本文简要分析滚动轴承的计算机辅助设计。

1 构建滚动轴承设计的数学模型

1.1 计算滚动轴承寿命

在进行滚动轴承设计过程中，需要构建相关数学模型，而计算滚动轴承的寿命则是其中的重中之重。通过利用公式即可求出滚动轴承的实际寿命，其中，n和C分别表示抽成转速和基本额定动载荷，当量动载荷用P表示，球轴承和滚动轴承的ε值并不相同，前者取值为3，后者则取值为10/3［1］。

1.2 计算轴承当量动载荷

在计算轴承当量动载荷的过程中，不同的轴承其计算方式也各不相同，如在计算深沟球、调心球及调心滚子轴承的当量动载荷时，如果，那么根据P=Fr×fp即可求出轴承当量动载荷。但如果，那么需要利用公式P=（XFr+YFa）×fp计算轴承当量动载荷。其中，Fr与Fa分别表示轴承需要承受的实际径向与轴向负荷，单位均为N，而X与Y则分别代表着径向与轴向的符合系数，e为轴向负荷影响系数，而fp则表示动负荷系数。如果轴承为圆柱滚子轴承，则只需要使用公式P=Fr×fp即可计算当量动载荷。

1.3 计算基本额定动载荷

1.4 确定载荷系数

在进行滚动轴承设计过程中，确定载荷系数即fp非常重要，而在确定过程中，需要充分考虑机械系统的实际工作环境。通常情况下，如果没有受到冲击或是冲击力度较小时，载荷系数一般为1～1.2，如通风机、汽轮机等；如果受到中等力度的冲击或是惯性力为中等水平时，载荷系数一般为1.2～1.8，如起重机、造纸机、冶金机械等。而如果遭到强力冲击，载荷系数则需要控制在1.8到3.0之间，例如，破碎机、钻探机等。

2 滚动轴承的计算机辅助设计

2.1 建立数据库

本文选择使用第六代Visual FoxPro系统完成滚动轴承数据库的建立工作。在进入该系统之后，需要将相关字符输入“命令”窗口中，并将数据库的字段名及其具体名称等输入设计器中，如字段名Dn对应的名称就是轴承内径，而字段名B则代表轴承宽度等。在输入所有字段后，进入输入记录导入环节，即将包括圆柱滚子、深沟球等常见轴承全部导入数据库中，之后只需要关闭数据库即可得到拥有若干滚动轴承数据库文件的数据库，为后续工作奠定良好的基础。

2.2 数据库运维

当完成滚动轴承数据库建立工作之后，需要依照各生产部门的具体需要，及时对数据库中记录和输入的滚动轴承特性及相关数值等进行适当调整和修改，如增加部分单位需要使用的但并不十分常见的滚动轴承特性，或是结合具体生产部门给出的参考数值对数据库中录入的相关特性值进行删改等。为了有效提高数据库的安全性和可靠性，可以通过对用户进行权限设置的方式，在数据库滚动轴承特性修改、删除等管理操作中设置用户名和密码，用户需要正确输入用户名及密码才能进入滚动轴承特性的管理界面，完成相应删改等操作［3］。

2.3 设计计算流程

通常情况下，使用计算机进行滚动轴承的辅助设计，主要是计算滚动轴承各项参数数值并对全面审核与校订计算结果。在计算之前，计算机需要根据轴承具体的荷载类型、大小及性质等，利用内部用于计算滚动轴承寿命的数学模型完成对基本额定动载荷的计算，之后将其与标准参考数值进行比较，在确保标准参考值大于计算值的情况下，在数据库中选择与之相对应的轴承代号。而如果标准参考值小于计算的额定动载荷值时，需要重新计算和确定滚动轴承的型号。

2.4 具体案例

为更好地展示计算机在滚动轴承中发挥的辅助设计作用，笔者将以转速为1 480r/min，需要承受的实际径向与轴向负荷分别为600N和400N，圆周力为1 500N、齿轮直径为200mm且存在中等冲击的滚动轴承为例。假设其工作温度为140℃，且预期寿命为15 000h，需要使用计算机完成对轴承实际寿命能否与预期寿命值相符合的验证工作［4］。考虑到在这一滚动轴承中，轴承需要承受的实际轴向动负荷为负，且其方向与轴承需要承受的实际径向负荷保持一致，因此NFA的值应为1。通过在滚动轴承计算界面依次输入各项需要的轴承数据，并点击“运行”按钮开始运行程序，便能得到准确的计算结果。

3 结语

在计算机辅助下，滚动轴承的设计变得更加高效、快捷，尤其是在对滚动轴承的寿命、当量动载荷、额定动载荷等设计参数的计算，工作人员通过使用计算机能在提高计算效率的基础上，有效保障计算结果的精确度，为滚动轴承的设计提供重要的参考数值。笔者相信，在未来滚动轴承的设计中，计算机的运用程度和运用范围将进一步加深，有关滚动轴承设计的系统以及数据库等也将得到持续优化与完善。

［1］宋敏，郝红武.滚动轴承的计算机辅助设计［J］.西安航空技术高等专科学校学报，2014（3）：25-27.

［2］张国兴，陶怡，张彩云.滚动轴承计算机辅助工艺过程设计［J］.林业机械与木工设备，2014（7）：16-18.

［3］王嵩，张胜文，彭世警，等.轴承动特性技术研究及计算软件开发［J］.江苏科技大学学报，2015（4）：351-356.

［4］贾晨辉，夏新涛，颉谭成，等.低噪声滚动轴承CAD系统的开发［J］.洛阳工学院学报，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：轴承设计与计算。

司翔宇（1996-），男，本科，研究方向：计算机及算法。