利用软计算技术改善圆锥滚子轴承的工作性能

卢彦群，侯建伟

（河北工程大学，河北 邯郸 057000）

1 前言

双列圆锥滚子轴承（TRBs）用于在静态和动态条件下支撑预紧力（P）、轴向载荷（Fa）、径向载荷（Fr）和扭矩（T）等 4 种载荷及其组合。该类轴承由 2 个内圈、1 个外圈和 2 组圆锥滚子组成，2 个内圈之间由一个等宽的间隙（δ）隔开，圆锥滚子在内、外圈之间形成两列。δ 的作用是便于调整轴承的整体游隙和预紧力，并便于承受 P、Fa、Fr和 T 的作用。组合式载荷会在轴承滚道上产生接触应力（S）和局部变形（α），也会引起滚道自身的旋转和 δ 的变化，这很难进行实验预测和验证，此外，如果轴承上承受的载荷与制造商的建议值不同，则轴承可能出现故障。譬如，如果 P 值较小，Fr和 T 值很高，则可能在滚道上产生超过 1 000MPa 的 S 值和显著的局部变形（αmax）。这可能会导致缺陷产生，如点蚀和疲劳剥落[1]。除了这些不希望的摩擦学问题外，P 的降低可能导致外滚道的某些接触区域产生更大的应力，进而导致滚子脱离外滚道[2]。因此，通常通过分析技术或数值方法（如有限元法——FEM）来确定此类机械装置的最佳载荷组合。虽然使用有限元法有许多明显的优势，但它的确也有一些缺点：比如在利用有限元模型处理机械接触、大位移和材料非线性问题时，会产生高昂的计算费用，且在处理机械接触问题时的一个最大缺陷是网格尺寸及模型收敛问题，也就是说，如果圆锥滚子和滚道之间的接触面较小，而两个接触体之间的单元格尺寸较大，则接触应力的计算将不太准确[3]。一些研究人员[4]采用这种方法，分析了在若干种 P 和 Fr作用情况下的接触体网格尺寸对圆锥滚子和滚道之间接触应力的影响。……