圓錐滾子的案例
圓錐滾子軸承有關空心度，接觸，負荷等問題研究
1 引言
對于力學性能分析是滾動軸承分析的基本內容，其首要的問題是其接觸應力和變形的計算，滾子軸承也不例外。在靜負荷作用下，圓柱滾子軸承套圈滾道與滾動體的接觸面將擴展為一矩形面，而圓錐滾子軸承由于內外接觸角不同的緣故，受載后滾道-滾動體之間的接觸面將擴展為一梯形面。對圓柱滾子軸承靜態接觸特性分析考慮空心度、凸度、滾子的偏斜等因素的研究比較全面，而對于圓錐滾子軸承這些方面的研究相對較少，因此本文將重點分析超零臨速球磨機主軸承－32216圓錐滾子軸承在靜載荷作用下的接觸應力和變形等接觸特性，以剖析旋轉機械中的滾子軸承基本力學性能，為動力學性能的分析提供對比與參照。
2 圓錐滾子軸承的結構尺寸、受力分析與負荷分布
單列圓錐滾子軸承一般由內外套圈、滾動體、保持架組成。其內圈和一組錐形滾子包羅成為一個內圈組件，能夠同時承受軸向和徑向載荷的聯合作用，忽略筐形保持架，常用來對其進行靜態力學性能分析時的內部結構如下圖1所示：
圖1 圓錐滾子軸承內部結構圖
滾動軸承承受的負荷是通過滾動體由一個套圈傳遞到另外一個套圈，反之亦然。在圓錐滾子軸承中，作為滾動體的圓錐滾子會受到內外滾道以及起引導作用大擋邊所施加的三個接觸力的作用，即滾子-套圈滾道、滾子-內圈擋邊載荷。具體受力情況如圖2所示，軸承負荷分布圖如圖3：
圖2 單個圓錐滾子受力圖 圖3 軸承負荷分布圖
3 基于ANSYS的單滾子軸承接觸特性分析
取一個滾子1/2對稱模型，即單滾子-套圈三維模型作為研究對象。在靜力學分析中，不對保持架建模，但考慮其對滾動體的約束作用。忽略軸承結構中的倒圓倒角等次要因素以減少計算機的運行時間提高效率。
展開 圓錐滾子軸承如何安裝
四、圓錐滾子軸承的安裝方式
1、推力圓錐滾子軸承的安裝方法
推力圓柱滾子軸承和推力滾針軸承適用于轉速低的場合，推力圓錐滾子軸承轉速稍平面推力軸承在裝配體中主要承受軸向載荷，其應用廣泛。雖然推力軸承安裝操作。
2、齒輪與圓錐滾子軸承是怎樣裝配的？
齒輪設計時要有軸向定位臺階，將軸承外環靠死，內環外側再用鎖緊螺母鎖死，根據應用條件設置鎖死的預緊力。
3、圓錐滾子軸承如何安裝及調節游隙？
一般選用圓錐滾子軸承，面對面和背靠背都可以，游隙大小要根據你選擇的軸承大小和機構要求的傳動精度選定游隙組別確定！至于調整方法可以用壓緊回松的辦法實現。瀏覽米思米官網https://www.misumi.com.cn/學習更多軸承知識
展開 圓錐滾子三維模型
圓錐滾子三維模型
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【專業知識】軸承系列 之軸承的大致分類及常用軸承的特點
3．徑向滾柱軸承
徑向滾柱軸承是承受“與軸垂直的方向所受的力”的“滾子”軸承。徑向滾柱軸承比徑向滾珠軸承承受的負荷更大，根據滾子種類有不同的類型。圓柱滾子軸承
滾動體使用“圓柱滾子”。圓柱滾子軸承比深溝球軸承承受的徑向負荷更大。可以用于產生沖擊的機器中。
滾針軸承
滾動體使用“針形滾子”。滾針軸承使用比圓柱滾子直徑更小的針形滾子，如圖5所示，這種軸承的截面高度較低，有助于實現機器的小型化和輕量化。
圖5 圓柱滾子軸承和滾針軸承的截面高度比較
圓錐滾子軸承
滾動體使用圓錐臺形的“圓錐滾子”。圓錐滾子軸承在滾柱軸承中使用最廣泛，可以同時承受徑向負荷和單方向的軸向負荷。承受雙方向的軸向負荷時，應組合使用兩個以上圓錐滾子軸承。
圖6 承受雙方向軸向負荷的圓錐滾子軸承組合
調心滾子軸承
滾動體使用桶形的“球面滾子”，如圖7所示，組裝在“擁有球面的外圈滾道面”和“內圈滾道面”之間。因此，調心滾子軸承的內圈、滾動體、保持架可以在傾斜于外圈的狀態下旋轉。
圖7 調心滾子軸承的結構
如圖8所示，調心滾子軸承在承受較大負荷、軸容易撓曲的機器中使用。
圖8 軸的撓曲
總結
根據承受力的方向和大小，有各式各樣的“軸承種類”，可根據機器結構或使用方式選擇適當的“軸承種類”。除了這里介紹的種類以外，還有很多其他的“軸承種類”。
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通常，小軸選用球軸承；大軸選用圓柱滾子軸承、調心滾子軸承、圓錐滾子軸承(有時也可選用球軸承)。若軸承安裝部位的徑向空間受到限制，應采用徑向截面高度較小的軸承。如滾針軸承、某些系列的深溝球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子或調心滾子軸承以及薄壁軸承。若軸承安裝部位的軸向空間受到限制，可采用寬度尺寸較小的軸承。
軸承載荷
載荷大小載荷大小通常是選擇軸承尺寸的決定因素。滾子軸承比具有相同外形尺寸的球軸承承載能力大。通常球軸承適用于輕或中載荷、滾子軸承適用于承受重載荷。（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）
載荷方式純徑向載荷可選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承。純軸向載荷可選用推力球軸承、推力圓柱滾子軸承。有徑向載荷又有軸向載荷(聯合載荷)時，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。若徑向載荷較大而軸向載荷較小時，軸承人微信專業！可選用深溝球軸承和內、外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承。如同時還存在軸或殼體變形大以及安裝對中性差的情況，可選用調心球軸承、調心滾子軸承。若軸向載荷較大而徑向載荷較小時可選用推力角接觸球軸承，四點接觸球軸承如還要求調心性能，可選用推力調心滾子軸承。
轉速
滾動軸承的工作轉速主要取決于其允許運轉溫度。
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12、推力圓柱滾子軸承 cylindrical roller thrust bearing
滾動體是圓柱滾子的推力滾動軸承。
13、推力圓錐滾子軸承 tapered roller thrust bearing
滾動體是圓錐滾子的推力滾動軸承。
14、推力滾針軸承 needle roller thrust besring
滾動體是滾針的推力滾動軸承。
15、推力球面滾子軸承 spherical thrust roller bearing
滾動體是凸球面或凹面滾子的調心推力滾動軸承。有凸球面滾子的軸承座圈的滾道為球面形，有凹球面滾子軸承的軸圈滾道為球面形。
展開 一種同軸式電驅橋減速器的開發
（2）球軸承是點接觸，滾動摩擦力小，轉速容易提高，相比線接觸的滾子軸承效率也更高。
（3）結構簡單，產量最大，價格相對便宜。
球軸承也有一些缺點，如果載荷過大，尤其是軸向載何過大時難以承受，往往考慮選用圓錐滾子軸承。在相同的載荷下，圓錐滾子軸承尺寸也會小很多，方便在殼體上布置，但是圓錐滾子軸必需配對使用，還要提供軸向預緊力。
由于差速器處于減速器的末級輸出，此處不論是軸向的、徑向的、還是周向的負荷都是最大的，所以差速器軸承采用了較為普遍使用的32008圓錐滾子軸承。而電機軸軸承、中間軸軸承由于轉速高、受力相對小，在滿足強度和壽命的情況下，采用深溝球軸承來提高傳動效率。
1.3 殼體結構的設計
同軸式減速器設計的核心：一是減速器殼體的內部支承結構，二是外部加強筋的設計。
外部結構需要設計合適的加強筋，考慮節省材料和輕量化，必須在有必要的地方進行合理布置，主要通過理論經驗并結合有限元分析的方法，來找到應力最大位置和危險點，判明受力方向后再設置加強筋來分散負荷，保證殼體材料的安全系數。
殼體的內部結構需要對各軸系提供牢固可靠的支承，而且要達到節省材料、潤滑充分等要求，難點在于對差速器總成的支承結構設計，如圖2所示，經過優化形成以下設計方案。
圖2 定軸齒輪同軸式減速器的結構設計
支撐差速器總成的左右軸承孔，均與殼體一體鑄造。在機加工時，可以實現殼體一次裝夾同時加工出各個孔位，從工藝上保證了差速器軸安裝位具有良好的尺寸精度和支撐剛度，有利于提升減速器NVH性能。
在圖上差速器左軸承的支承位使用了可拆卸的半圓軸承蓋，半圓軸承蓋采用兩個螺栓與殼體相連。
減速器裝配過程中，只需拆開半邊軸承蓋，就可輕易在裝入各個齒輪及差速器，達到了較好裝配工藝性。
在殼體壁上設置合理的導油筋，引導油液對各個軸承位進行充分潤滑，同時降低攪油損失。
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K8—— 兩套角接觸球軸承按無游隙面對面安裝（ X 型安裝）
K9—— 內、外圈間帶隔圈的兩套圓錐滾子軸承成對安裝以承受單向軸向載荷。
K10—— 內、外圈間帶隔圈的兩套圓錐滾子軸承按無游隙背靠背安裝（ O 型安裝）
K11—— 外圈間帶隔圈的兩套圓錐滾子軸承按無游隙面對面安裝（ X 型安裝）。
成對或成組配置的軸承，需要包裝在一起交貨，或者標明是屬于一對。不同組的軸承不可互換。在安裝屬于同一組的軸承時，安裝時應按照記號和定位線進行。若各成對軸承按一定軸向或徑向游隙量配置時，其游隙應接在K 技術條件之后按（ 7 ）項中第 1 條 2 ）標明。例如， 31314A.K11.A100.140 表示兩套 31314A 單列圓錐滾子軸承，面對面安裝，外圈間帶一定距離隔圈，軸承裝配前軸向游隙在100 μ m 到 140 μm 之間，裝配后游隙為零。
通用配對型軸承
可任意（串聯，面對面或背靠背）配對安裝，后置代號為 UA 、 UO 和 UL 。
.UA—— 在軸承面對面或背靠背安裝時有小的軸向游隙。
.UO—— 在軸承面對面或背靠背安裝時無游隙。
.UL—— 在軸承面對面或背靠背安裝時有輕度預過盈。例如， B 7004C .TPA.P4.K5.UL
表示主軸用接觸角為 15o 的角接觸球軸承，酚醛層壓布管直兜孔實體保持架，外圈引導，軸承公差等級4 級，內徑和外徑公差縮小，成對安裝的通用型結構，軸承在背靠背或面對面安裝時有輕度預過盈。
后置代號 — 機床主軸軸承
KTPA.HG 夾布交本兜孔實體保持架，外圈引導，精度等級 HG 。
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（2）球軸承是點接觸，滾動摩擦力小，轉速容易提高，相比線接觸的滾子軸承效率也更高。
（3）結構簡單，產量最大，價格相對便宜。
球軸承也有一些缺點，如果載荷過大，尤其是軸向載何過大時難以承受，往往考慮選用圓錐滾子軸承。在相同的載荷下，圓錐滾子軸承尺寸也會小很多，方便在殼體上布置，但是圓錐滾子軸必需配對使用，還要提供軸向預緊力。
由于差速器處于減速器的末級輸出，此處不論是軸向的、徑向的、還是周向的負荷都是最大的，所以差速器軸承采用了較為普遍使用的32008圓錐滾子軸承。而電機軸軸承、中間軸軸承由于轉速高、受力相對小，在滿足強度和壽命的情況下，采用深溝球軸承來提高傳動效率。
1.3 殼體結構的設計
同軸式減速器設計的核心：一是減速器殼體的內部支承結構，二是外部加強筋的設計。
外部結構需要設計合適的加強筋，考慮節省材料和輕量化，必須在有必要的地方進行合理布置，主要通過理論經驗并結合有限元分析的方法，來找到應力最大位置和危險點，判明受力方向后再設置加強筋來分散負荷，保證殼體材料的安全系數。
殼體的內部結構需要對各軸系提供牢固可靠的支承，而且要達到節省材料、潤滑充分等要求，難點在于對差速器總成的支承結構設計，如圖2所示，經過優化形成以下設計方案。
圖2 定軸齒輪同軸式減速器的結構設計
支撐差速器總成的左右軸承孔，均與殼體一體鑄造。在機加工時，可以實現殼體一次裝夾同時加工出各個孔位，從工藝上保證了差速器軸安裝位具有良好的尺寸精度和支撐剛度，有利于提升減速器NVH性能。
在圖上差速器左軸承的支承位使用了可拆卸的半圓軸承蓋，半圓軸承蓋采用兩個螺栓與殼體相連。
減速器裝配過程中，只需拆開半邊軸承蓋，就可輕易在裝入各個齒輪及差速器，達到了較好裝配工藝性。
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圓錐滾子軸承游隙的調整方法
不可調軸承的安裝后游隙主要受配合的影響，所以下面主要介紹可調軸承的游隙調整方法，以適用轉速范圍寬、可同時承受軸向力和徑向力的圓錐滾子軸承為例。
1
推拉法
推拉法一般用于正游隙，軸承滾道與滾動體之間的軸向間隙是可以測得的。對軸或者軸承座向一個方向施加一個力，推到底以后將百分表設為零位作參考，然后施加一個反方向的力，推到底以后百分表上指針的轉動量就是游隙值。測量時需慢慢震蕩旋轉滾子，確保滾子正確的定位在內圈大擋邊上。
2
Acro-SetTM法
Acro-Set的理論基礎是胡克定律，發生彈性形變的物體的形變量與所受的外力成正比。在一定的安裝力作用下，測量墊片或隔圈間隙來獲得正確的游隙。按照一個事先測試時創建的圖表直接讀出所需要的正確的墊片或隔圈尺寸。
該方法適用于正游隙和預緊，操作人員需要接受培訓來創建圖表。
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K8—— 兩套角接觸球軸承按無游隙面對面安裝（ X 型安裝）
K9—— 內、外圈間帶隔圈的兩套圓錐滾子軸承成對安裝以承受單向軸向載荷。
K10—— 內、外圈間帶隔圈的兩套圓錐滾子軸承按無游隙背靠背安裝（ O 型安裝）
K11—— 外圈間帶隔圈的兩套圓錐滾子軸承按無游隙面對面安裝（ X 型安裝）。
成對或成組配置的軸承，需要包裝在一起交貨，或者標明是屬于一對。不同組的軸承不可互換。在安裝屬于同一組的軸承時，安裝時應按照記號和定位線進行。若各成對軸承按一定軸向或徑向游隙量配置時，其游隙應接在 K 技術條件之后按（ 7 ）項中第 1 條 2 ）標明。
例如， 31314A .K11.A100.140 表示兩套 31314A 單列圓錐滾子軸承，面對面安裝，外圈間帶一定距離隔圈，軸承裝配前軸向游隙在 100 μ m 到 140 μ m 之間，裝配后游隙為零。
通用配對型軸承
可任意（串聯，面對面或背靠背）配對安裝，后置代號為 UA 、 UO 和 UL 。
.UA—— 在軸承面對面或背靠背安裝時有小的軸向游隙。
.UO—— 在軸承面對面或背靠背安裝時無游隙。
.UL—— 在軸承面對面或背靠背安裝時有輕度預過盈。
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圓錐滾子軸承游隙的調整方法
不可調軸承的安裝后游隙主要受配合的影響，所以下面主要介紹可調軸承的游隙調整方法，以適用轉速范圍寬、可同時承受軸向力和徑向力的圓錐滾子軸承為例。
1、推拉法
推拉法一般用于正游隙，軸承滾道與滾動體之間的軸向間隙是可以測得的。對軸或者軸承座向一個方向施加一個力，推到底以后將百分表設為零位作參考，然后施加一個反方向的力，推到底以后百分表上指針的轉動量就是游隙值。測量時需慢慢震蕩旋轉滾子，確保滾子正確的定位在內圈大擋邊上。
2、Acro-SetTM法
Acro-Set的理論基礎是胡克定律，發生彈性形變的物體的形變量與所受的外力成正比。在一定的安裝力作用下，測量墊片或隔圈間隙來獲得正確的游隙。按照一個事先測試時創建的圖表直接讀出所需要的正確的墊片或隔圈尺寸。
該方法適用于正游隙和預緊，操作人員需要接受培訓來創建圖表。
3、Torque-SetTM法
Torque-Set的原理是，在預緊下，軸承的轉動力矩增長是軸承預緊力的函數。實驗結果顯示，一組同型號的新軸承，在給定預緊力的條件下，軸承的轉動力矩變化量很小。因此，可以用轉動力矩來估算預緊量。
該方法的原理即是在軸承的轉動力矩和預緊量之間建立一個換算關系，這需要通過測試獲得。然后再實際安裝時，就可以通過測得轉動力矩來決定墊片的厚度。
展開 【專業知識】十四種軸承的特點、區別和用途，一文全看懂
十三、推力圓錐滾子軸承
該類軸承裝有圓臺形滾子（大端為球面），滾子由滾道圈（軸圈、座圈）擋邊準確引導，設計上使得軸圈和座圈滾道面以及滾子滾動面的各圓錐面的頂點相交于軸承中心線上的一點，單向軸承可承受單向軸向負荷，雙向軸承可承受雙向軸向負荷。
推力圓錐滾子軸承
主要用途：
單向：起重機吊鉤、石油鉆機轉環。
雙向：軋鋼機輥頸。
十四、帶座外球面球軸承
帶座外球面球軸承由兩面帶密封的外球面球軸承和鑄造的（或鋼板沖壓的）軸承座組成。外球面球軸承的內部結構與深溝球軸承相同，但此種軸承的內圈寬于外圈，外圈具有截球形外表面，與軸承座的凹球面相配能自動調心。
主要用途：采礦、冶金、農業、化工、紡織、印染.輸送機械等。
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十三、推力圓錐滾子軸承
該類軸承裝有圓臺形滾子（大端為球面），滾子由滾道圈（軸圈、座圈）擋邊準確引導，設計上使得軸圈和座圈滾道面以及滾子滾動面的各圓錐面的頂點相交于軸承中心線上的一點，單向軸承可承受單向軸向負荷，雙向軸承可承受雙向軸向負荷。
推力圓錐滾子軸承
主要用途：
單向：起重機吊鉤、石油鉆機轉環。
雙向：軋鋼機輥頸。
十四、帶座外球面球軸承
帶座外球面球軸承由兩面帶密封的外球面球軸承和鑄造的（或鋼板沖壓的）軸承座組成。外球面球軸承的內部結構與深溝球軸承相同，但此種軸承的內圈寬于外圈，外圈具有截球形外表面，與軸承座的凹球面相配能自動調心。
主要用途：采礦、冶金、農業、化工、紡織、印染.輸送機械等。
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