基于ANSYS的卡轮轴承外圈断裂原因分析

张钢，李明彦，王庆祥，白华，阮娟

(1．上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200072；2．优必胜(上海)精密轴承制造有限公司，上海 200444)

烧结机台车卡轮是台车中的关键部件，传统的滑动轴承卡轮结构存在各种弊端；满装圆柱滚子轴承径向承载能力大，结构形式多，加工技术成熟，是替代传统滑动轴承卡轮的最佳选择[1]。但是外圈作为卡轮的直接承载部件，在高温重载并伴随有冲击的工况下极易出现断裂。在卡轮轴承的材料和热处理等加工质量均符合技术要求的前提下，分析卡轮轴承零件上的应力对寻找卡轮轴承外圈断裂原因具有重要的意义[2]。

基于Hertz弹性接触理论的计算方法由于采用了半无限空间的边界条件和刚性套圈的假设，仅适用于简单形状物体的分析，难以满足复杂结构和复杂载荷下轴承性能分析的精度要求。有限元法能建立更符合实际结构和边界条件的模型，其计算结果与试验结果更为接近[3-9]。

文中采用ANSYS有限元分析软件建立卡轮轴承受载最大滚子与套圈的接触模型和外圈简化梁模型，以分析卡轮轴承外圈断裂的原因。

1 受载最大滚子与套圈的接触分析

文中涉及的卡轮轴承是双列满装圆柱滚子轴承，外径为250 mm，内径为160 mm，外滚道直径为219.5 mm，内滚道直径为183.5 mm，每列35粒滚子，滚子直径为18 mm，滚子有效长度为42 mm，径向载荷为939.68 kN。

接触问题的求解是一种高度非线性过程，需要较多的计算资源，为进行更为有效便捷的计算，理解问题的特征并建立合理的模型是很重要的。……