江蘇魯岳軸承制造有限公司專業(yè)生產(chǎn)耐高溫圓柱滾子軸承。雙列圓柱滾子軸承是礦用設(shè)備中關(guān)鍵傳動(dòng)部件。通過三維仿真圖像，分析不同運(yùn)行工況下軸承承載特性及疲勞壽命的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明：工作載荷的增大會(huì)顯著 提高滾子與滾道間的較多接觸負(fù)載于較多接觸應(yīng)力；隨著徑向工作游隙向正方向增大，較多接觸 負(fù)載以及較多接觸應(yīng)力呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)， 軸承疲勞壽命呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)；存在特定游隙值，使軸承疲勞壽命達(dá)到交大值。
0 、引言
雙列圓柱滾子軸承具有結(jié)構(gòu)緊湊、 剛性大、承載能力強(qiáng)、受負(fù)荷后變形小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種煤礦設(shè)備中。軸承作為礦用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中較為 重要的部件，其承載能力以及疲勞壽命均為關(guān)鍵參數(shù)。因此，通過對(duì)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)特性的分析，為實(shí)際工作 提供合理指導(dǎo)，對(duì)提升整體系統(tǒng)工作可靠性具有重要意義。研究表明軸承的承載能力以及疲勞壽命很大程 度制約于工作載荷、轉(zhuǎn)速及工作游隙值。因此，本文主要針對(duì)煤礦設(shè)備中常用的雙列圓柱滾子軸承，研究不同工況下軸承的力學(xué)特性以及疲勞壽命。
1 、雙列圓柱滾子軸承分析模型建立
煤礦設(shè)備中使用的雙列圓柱滾子軸承有較強(qiáng)的承載能力，在設(shè)備中用以承擔(dān)徑向載荷，針對(duì)滾子軸 承的線接觸問題，一般采用近似或經(jīng)驗(yàn)公式求解其 彈性變形量
運(yùn)轉(zhuǎn)中的圓柱滾子軸承通常存在游隙，承受徑向載荷時(shí)，內(nèi)外圈會(huì)在外力方向上發(fā)生相對(duì)位移，使承載滾子與滾道間產(chǎn)生接觸變形。對(duì)于雙列圓柱 滾子軸承，承擔(dān)工作載荷時(shí)，可考慮將工作負(fù)荷平 均分配于兩列滾子上，單列滾子具體載荷分布如圖 1 所示。
0# 滾子的較多接觸變形量
根據(jù)幾何協(xié)調(diào)變形關(guān)系可以求得任意角位置 φj 處滾子與滾道的接觸變形量
建立軸承測(cè)試模型如圖 2 所示，其中左側(cè)軸承為待測(cè)圓柱滾子軸承，中間支撐軸承為 7019FY角接觸球軸承 ，右側(cè)支撐軸承 為 7016FY 角 接 觸球軸承。選取 4 種典型工況如表 1 所示，將其添加至測(cè)試模型中。兩支撐軸承通過左側(cè)軸肩約束，待測(cè)軸承徑向工作游隙量根據(jù)情況確定，支撐軸承軸向工作游隙量定為 0。
2、 仿真結(jié)果及分析
徑向工作游隙對(duì)承載滾子數(shù)的影響如圖 3 所 示。從圖 3 中可以看出，徑向工作游隙的變化對(duì)承載 滾子數(shù)有較大的影響，工況 1、2 和工況 3、4 條件下， 所有滾子均受載時(shí)的游隙值分別為-0.008 mm 和0.013 mm，當(dāng)徑向工作游隙逐漸從負(fù)值增加到正值 時(shí)，承載滾子數(shù)先急劇下降，而后趨于穩(wěn)定。
由式（5）、式（6）得出，內(nèi)外滾道間接觸負(fù)載差值 僅為離心力值，因?yàn)樗x取工況的轉(zhuǎn)速較低，離心力值較小，故僅針對(duì)內(nèi)滾道進(jìn)行分析即可。徑向工作 游隙對(duì)軸承內(nèi)滾道較多接觸負(fù)載影響如圖 4 所示。從圖 4 中可以得出，徑向工作游隙對(duì)內(nèi)滾道接觸負(fù) 載的影響較小；伴隨徑向工作游隙從-0.02 mm 增長(zhǎng) 到 0.01 mm，內(nèi)滾道較多接觸負(fù)載值呈現(xiàn)出先減小后 增大的趨勢(shì)，在工況 1、2 和工況 3、4 下，使接觸負(fù)載最 小的徑向工作游隙分別為-0.013 mm 和-0.008 mm， 此時(shí)軸承中所有滾子受載均勻，同時(shí)負(fù)游隙導(dǎo)致的 滾道變形處于一個(gè)合適的值。當(dāng)軸承的外載荷變化 時(shí)，接觸負(fù)載最小值出現(xiàn)的位置也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。
內(nèi)外滾道較多接觸應(yīng)力變化趨勢(shì)如圖 5 所示， 從圖 5 可以看出，內(nèi)滾道的較多接觸應(yīng)力總大于外 滾道；伴隨徑向工作游隙值的增加，接觸應(yīng)力呈現(xiàn)出 先減小后增大的趨勢(shì)，因?yàn)樵谳S承處于負(fù)游隙時(shí)，隨 著游隙值向正方向增大，負(fù)游隙導(dǎo)致的滾道變形量 減小，接觸應(yīng)力隨之減小；在游隙值從負(fù)到正增加過 程中，承載滾子數(shù)逐漸減少，承載分布范圍減小，載 荷分布不均導(dǎo)致較多接觸應(yīng)力增大。
三維仿真圖像 提 供 了 ISO 281 標(biāo) 準(zhǔn) 疲 勞 壽 命 、 ISO/TS 16281、Romax adjust 以及 Romax advanced等 幾種疲勞壽命計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，其中 三維仿真圖像是較為精確地考慮接觸應(yīng)力的疲勞壽命計(jì)算方法。分析 中選 用 ISO VG 150 Mineral 潤(rùn) 滑 油 ，工 作 溫 度 為 70 ℃，采用 Romax advanced 疲勞壽命理論，得到徑 向工作游隙對(duì)軸承疲勞壽命的影響如圖 6 所示。
對(duì)比分析工況 2 和工況 4，外載荷增加時(shí)，滾子 與滾道間接觸變形量劇增，接觸應(yīng)力增加，顯著降低 軸承的使用壽命；對(duì)比工況 1 和工況 2，軸承轉(zhuǎn)速的 提升對(duì)疲勞壽命的影響有限；在所有工況條件下，伴 隨徑向工作游隙的增加，軸承壽命均呈現(xiàn)出先增大后 減小的趨勢(shì)，最長(zhǎng)工作壽命出現(xiàn)在游隙值為-0.013 mm 和-0.008 mm 的位置，與前文分析的接觸負(fù)載以及 接觸應(yīng)力最小值出現(xiàn)的位置一致，這也就印證了前 述分析：在某個(gè)特定的游隙值下，因載荷分布均勻， 接觸應(yīng)力以及接觸負(fù)載減小，進(jìn)而提高軸承的疲勞 壽命。
3 、結(jié)語(yǔ)
三維仿真圖像建立了雙列圓柱滾子軸 承力學(xué)行為及疲勞特性分析模型，得到以下結(jié)果：
（1）在軸承徑向工作游隙從負(fù)到正的變化過程 中，接觸滾子數(shù)減少，承載范圍縮小，較多接觸負(fù)載 及較多接觸應(yīng)力先減小后增大，在特定游隙值下存 在最小值；（2）在不同的工況下，均存在特定徑向工作游 隙，使得軸承疲勞壽命達(dá)到較大值，在外載荷增大 時(shí)，較多徑向工作游隙向負(fù)方向增大，為實(shí)際生產(chǎn)工 作提供了理論指導(dǎo)。
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