交叉滚子转盘轴承的有限元分析

张雪，张钢，周凯峰，李明彦，张坚

(1.上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200072；2.中船重工第七O四研究所，上海 200031)

交叉滚子转盘轴承能够同时承受轴向、径向载荷和倾覆力矩，是典型的低速重载轴承，被广泛应用于运输机械、采掘机械、港口机械及医疗设备的回转装置上[1-2]。用于特种推进器上的交叉滚子转盘轴承是一种特大型轴承，由于其结构的特殊性，该轴承的设计计算方法与传统的普通圆柱滚子轴承不同。文中采用有限元法对其接触应力进行分析，并与传统理论计算结果进行对比。

1 轴承的工况及基本参数

该特种推进器用转盘轴承，主要靠几个电动机通过配对小齿轮驱动其齿圈从而带动整个推进器回转以改变推进方向，工作过程中需承受较大的轴向力和倾覆力矩，同时还要承受一定的径向力。该轴承为内齿型单排交叉滚子转盘轴承[2]，尺寸较大，滚子数目较多。

该轴承的基本参数为：滚子直径Dw=32 mm，滚子长度L=31.5 mm，滚子数量Z=110，滚子组节圆直径Dpw=1 250 mm，所受轴向载荷Fa=110 kN，径向载荷Fr=86.533 kN，倾覆力矩M=175.893 kN·m。

2 轴承的接触分析

接触问题是一种高度非线性行为问题，对于尺寸较大、滚动体数目较多的轴承，其内、外圈与滚动体之间的接触部位较多，接触状况复杂，要建立一个完整的有限元模型，获得精确的有限元解，需要较大的计算资源[3]。因此，为了进行切实有效的计算，理解问题的性质和建立合理的模型是很重要的[4]。在滚动轴承的设计与应用分析中，经常会遇到轴承的承载能力、预期寿命、变形与刚度等问题，这些问题都与轴承的受力和应力分布状态密切相关[5]。……