一种角接触球轴承无自旋结构设计方法

本发明属于机械传动领域，具体涉及一种角接触球轴承无自旋结构设计方法。

背景技术：

1、轴承是机械系统中至关重要的组件，其作用在于支持轴的旋转运动并承受由轴传递给机架的负载。作为广泛应用且要求高度严格的机械配件和基础部件，轴承在各种机械设备中扮演着关键角色，被人们称为机械的关节。其主要功能是引导旋转轴或可承受元件的运动，同时依赖滚动体的滚动来实现对主机的支撑。在轴承运动过程中，由于滚动体自转轴线与接触椭圆法线之间存在非垂直夹角，导致在接触法线方向产生相应的角速度分量，即滚动体与套圈之间存在相对旋转运动，即自旋。自旋运动是角接触球轴承的典型特点之一，其会对弹流润滑特性和轴承力学特性产生一定影响，特别是在高速轴承工作时，自旋对轴承的摩擦状态产生显著影响，进而影响轴承的传动效率和振动特性，这一点不容忽视。为了提升角接触球轴承的传动效率、增加承载能力、拓展应用范围以及延长使用寿命，消除自旋现象显得至关重要。在现有技术中，通过选择适当的润滑方式可以有效减小轴承的自旋现象，然而，目前的方法主要集中在润滑层面，而没有充分关注从轴承结构入手，通过结构设计和优化来达到减小自旋的目标。为了进一步提高轴承性能，有必要从轴承的结构特性出发，通过创新性的设计和优化来最小化自旋现象的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种针对角接触球轴承进行无自旋结构设计的方法，通过结构优化以减小角接触球轴承的自旋损失，从而进一步提高角接触球轴承的传动效率。

2、本发明所述的一种角接触球轴承无自旋结构设计方法的步骤如下：

3、步骤1：提取角接触球轴承的传动结构，包括轴承内圈、轴承外圈与滚动体的接触关系；

4、步骤2：给出传动条件，包括角接触球轴承运行条件；

5、步骤3：绘制上述传动结构的结构简图，建立合适的直角坐标系，直角坐标系的x轴与滚动轴承的回转轴线重合，y轴垂直于x轴且过轴承几何中心；

6、步骤4：根据相应条件和接触点运动情况，选择轴承内圈或者轴承外圈进行无自旋设计，并假设无自旋设计后的母线方程为y＝f(x)；

7、步骤5：根据假设的无自旋设计母线方程y＝f(x)，求解过该曲线上任意一点a(x0,y0)的切线方程，并使其在任意一点满足相交状态：即该切线方程、轴承回转轴线、滚动体回转轴线相交于一点，从而得出无自旋结构设计方程，具体步骤为：

8、a：根据假设的轴承内圈或者轴承外圈的母线方程为y＝f(x)，求解过该曲线任意点a(x0,y0)的切线方程为：y-y0＝f(x0)'(x-x0)；

9、b：根据坐标关系和滚动体和轴承内外圈的特征参数，求解滚动体回转轴线方程为y＝g1(x)与轴承内圈或者轴承外圈的回转轴线方程为y＝g2(x)；

10、c：联立y＝g1(x)，y＝g2(x)求解交点q(x1,y1)；

11、d：联立y-y0＝f(x0)'(x-x0)、y＝g1(x)、y＝g2(x)求解交点p(x2,y2)；

12、e：按照无自旋条件使p点与q点重合，得出无自旋结构设计方程；

13、步骤6：将上述无自旋结构设计方程转化为无自旋结构微分方程并求解，得出无自旋结构解；

14、步骤7：采用上述无自旋结构解对应的轴承内圈或者轴承外圈替换原有的轴承内圈或者外圈，完成无自旋结构设计。

15、上述方案中，所述步骤2中所述角接触球轴承运行条件为：保持角接触球轴承高速运行，只承受轴向载荷，不受陀螺力矩作用，使姿态角在二维空间内变化。

16、上述方案中，所述步骤4中根据相应条件及接触点运动情况，选择轴承内圈或者轴承外圈进行无自旋设计的具体方法为：若保持轴承内圈不动，轴承外圈旋转，即选择轴承外圈为无自旋设计对象；若保持轴承外圈不动，轴承内圈旋转，即选择轴承内圈为无自旋设计对象。更进一步，一般角接触轴承均是轴承外圈不动，轴承内圈旋转，因此选择轴承内圈为无自旋设计对象。

17、上述方案中，所述角接触球轴承中，步骤b中所述轴承内圈或者轴承外圈的回转方程y＝g2(x)＝0，即为x轴；更进一步，步骤c中所述的交点q(x1,y1)为步骤d中所述的交点p(x2,y2)为步骤e中所述的无自旋设计方程为其中r0为滚动轴承滚动体的半径，β为滚动体回转轴线与轴承回转轴线的夹角(也称滚动体的空间姿态角)；更进一步，步骤e中所述无自旋结构微分方程为

18、本发明所述的角接触球轴承无自旋结构设计方法的有益效果在于：

19、1.本发明提出一种针对角接触球轴承进行无自旋结构设计的方法，旨在消除该类轴承中的自旋损失，从而提高传动效率；

20、2.本发明所述方法仅针对角接触球轴承的内圈进行无自旋设计，采用了几何与解析方法的巧妙结合，具有简明易懂的求解思路，易于实际应用；

21、3.本发明所述方法可进一步推广应用于具有类似结构特性的机构中，为其它机械机构的优化设计提供了研究思路。

技术特征：

1.一种角接触球轴承无自旋结构设计方法，其特征在于包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种角接触球轴承无自旋结构设计方法，其特征在于：所述步骤2中所述角接触球轴承运行条件为：保持角接触球轴承高速运行，只承受轴向载荷，不受陀螺力矩作用，使姿态角在二维空间内变化。

3.根据权利要求1所述的一种角接触球轴承无自旋结构设计方法，其特征在于：所述步骤4中根据相应条件及接触点运动情况，选择轴承内圈(1)或者轴承外圈(3)进行无自旋设计的具体方法为：若保持轴承内圈(1)不动，轴承外圈(3)旋转，即选择轴承外圈(3)为无自旋设计对象；若保持轴承外圈(3)不动，轴承内圈(1)旋转，即选择轴承内圈(1)为无自旋设计对象。更进一步，一般角接触轴承均是轴承外圈(3)不动，轴承内圈(1)旋转，因此选择轴承内圈(1)为无自旋设计对象。

4.根据权利要求1所述的一种角接触球轴承无自旋结构设计方法，其特征在于：所述步骤5中求解过母线方程上任意点a(x0,y0)的切线方程，并使其在任意一点满足相交状态，得出无自旋结构设计方程的具体步骤为：

5.根据权利要求4所述的一种角接触球轴承无自旋结构设计方法，其特征在于：所述步骤b中角接触球轴承的轴承内圈(1)或者轴承外圈(3)的回转方程y＝g2(x)＝0，即为x轴；更进一步，步骤c所述的交点q(x1,y1)为步骤d中所述的交点p(x2,y2)为步骤e中所述的无自旋设计方程为其中r0为滚动轴承滚动体的半径，β为滚动体(2)回转轴线与轴承回转轴线的夹角(也称滚动体的空间姿态角)；更进一步，步骤e中所述无自旋结构微分方程为

技术总结
本发明公开一种角接触球轴承的无自旋结构设计方法，旨在提供一种针对角接触球轴承进行无自旋结构设计的创新方法，以降低自旋功率损失，从而提高其传动效率；其技术要点在于：首先确定能进行无自旋设计的球轴承、其次提取无自旋设计单元、然后绘制单元结构简图、建立合适的坐标系、假设母线方程确定切线方程、根据无自旋条件联立切线方程与回转轴线方程、化简得微分方程、求解微分方程得无自旋母线方程、采用上述无自旋解对应的母线方程替换原有元件母线，完成无自旋结构设计。

技术研发人员：李超,向腾,高浩,潘睿志,程旭
受保护的技术使用者：成都理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17