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光电经纬仪中径向密珠滚动轴承设计要素的分析
 
更新日期:2018-10-19   来源:机械设计与研究   浏览次数:47   在线投稿
 
 

核心提示:文章已经通过《机械设计与研究》评审,近期即将安排刊登!

 
摘要:本文对光电经纬仪中常用的精密径向密珠滚动轴承组件设计参数进行了探讨,主要有轴承尺寸、钢球直径、钢球数量、钢球过盈量、轴承载荷等相关要素的影响及组合分析,通过对钢球额定载荷、钢球最大载荷、钢球过盈负荷等计算校核,提出了一种参数的设计和工艺校核的算法,最后结合我单位已研制成功的多种型号光电经纬仪轴系的经验数据进行了统计分析,证明了该方法的可行性,为精密光电经纬仪轴系中滚动轴承的设计及校核提供了一种有效的方法。
主题词: 径向密珠滚动轴承 过盈量 钢球额定载荷 钢球最大载荷 钢球过盈负荷
Analysis of Design Parameters for the Radical Rolling Bearings with Intensive Balls Commonly Used in Photoelectronic Theodolite
Gao Qiyi yu Lun
Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209
Abstract: The paper discusses the design parameters for the sophisticated components of radical rolling bearings with intensive balls commonly used in photoelectronic theodolite, including the influence of the relevant elements such as the size of bearing, the diameter, amount and interference of the balls, the bearing load, etc, and the assembling analysis. An algorithm of parameters designing and process checking is proposed through calculating and checking the specified and maximum loads of balls and their interference load, etc, and the algorithm combined with the empirical data for the multiple types of photoelectronic theodolite shafting developed by our institute is subjected to statistical analysis, proving its feasibility. Thus an effective way of designing and checking the rolling bearing in sophisticated photoelectronic theodolite shafting is provided.
Key words: radical rolling bearings with intensive balls interference specified and maximum loads of balls interference load of balls
1、前言
现代光电经纬仪跟踪架常采用两轴地基式结构,由绕水平线和垂直线旋转的俯仰轴和方位轴组成【1】,滚动轴承作为轴系支承和运动副的关键部件,其误差是轴系误差的主要来源之一[2],是结构设计和工艺人员关注的重点之一。其中俯仰轴主要一般由两个径向滚动轴承和一个止推滚动轴承组成,径向滚动轴承决定水平轴系转轴在空间竖直面内的指向,止推滚动轴承主要决定水平轴系的在水平面内的位置[3],方位轴主要由一个止推滚动轴承和一个径向滚动轴承组成。
密珠滚动轴承是一种非标准滚动轴承,它具有回转精度高,刚度好和结构紧凑等优点[4],因而广泛应用于精密光电经纬仪结构设计。在精密径向密珠滚动轴承研制中,由于轴承外环、轴承内环、滚动钢球的尺寸和形位精度等指标可通过精密加工手段和检测手段控制在较高精度数值范围内,因此如何进行合理的参数设计是结构设计人员和工艺研究人员需要重点关注的对象之一。
2、径向密珠滚动轴承设计主要考虑的要素分析
此类径向密珠滚动轴承结构是一般主要由轴承外环、轴承内环、钢球、保持器四大部分组成,结构如
下图1所示,一般在满足安装空间和负荷要求的前提下为节约成本尽量采取小型化布局设计,径向密珠滚动轴承结构中轴承外环和轴承内环与钢球之间均采取过盈配合,通过合适的过盈量使轴承内环和轴承外环与钢球产生弹性变形,从而增加载荷区内的钢球数量,提高轴承支撑刚度,还可部分消除或减小轴承内环、轴承外环、钢球等零件的尺寸误差和几何形状误差的影响,从而能提高轴系回转的平稳性、回转精度。但若设计的过盈量太大,装配时会使钢球运行的滚道和钢球产生塑性变形,破坏原有几何形状的正确性,使运动变得粗糙和困难,使轴系精度降低;反之若过盈量太小或者存在间隙,则相应结构件几何形状误差的影响会使轴系回转精度损失,而且钢球在运动时会发生位置窜动,使运动产生不均匀性[3]。因此过盈量的设计校核和制造保证对于轴承的性能发挥是非常必要的,是需要考虑的要素之一。因此结构设计时,不仅需要综合考虑轴承的尺寸、承载的负荷、过盈量的设计、钢球直径尺寸和数量的选取等因素,本文结合项目的具体要求,主要考虑的要素如下:
轴承所承受的工作负荷和轴承自重之和引起的负荷;
轴承过盈δ所产生的负荷;
轴承过盈数值δ;
轴承外环外圆尺寸D1;
轴承外环内孔尺寸D2;
轴承内环外圆尺寸D3;
轴承内环内孔尺寸D4;
轴承厚度尺寸L;
轴承钢球尺寸D5;
钢球的数量N等。
作者:高七一 余伦
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