双排四点接触球转盘轴承载荷分布的研究
4点接触球轴承标准
4点接触球轴承标准
在球轴承的标准中，有一些重要的方面需要注意。
以下是球轴承标准的关键点：
1. 尺寸标准：球轴承的尺寸标准通常以公差等级来表示。
这包括内径、外径和宽度的公差范围。
根据应用需求，选择适当的公差等级非常重要。
2. 负荷能力：球轴承需要满足特定的负荷要求。
这包括承受径向载荷、轴向载荷和扭矩的能力。
标准将提供不同系列和尺寸的球轴承的额定负荷值和计算方法。
3. 运转精度：球轴承在运转中需要保持稳定和精确的运动。
因此，标准会规定球轴承的运转精度要求，包括径向间隙、轴向间隙和旋转精度等指标。
4. 转速和寿命：球轴承的转速和寿命也是重要的指标。
标准会提供球轴承在不同转速下的额定寿命和等效动力负荷等参数，以便用户选择合适的球轴承。
5. 材料和热处理：球轴承的材料选择和热处理对其性能和寿命至关重要。
标准通常会规定适用的材料和热处理方法，以确保球轴承具有良好的强度、硬度和耐磨性等特性。
6. 润滑和密封：球轴承需要适当的润滑和密封，以减少摩擦和防止污染。
标准会提供适用的润滑剂和密封装置的要求和测试方法。
这些是球轴承标准中的主要方面。
在选择球轴承时，应
根据具体应用需求和标准的指导，选择合适的球轴承类型和规格。
四点接触球转盘轴承沟道形状与游隙关系特性分析
四点接 触球 转盘 轴 承 结构 紧 凑 ， 量轻 ， 以 重 可 同时 承受 轴 向力 、 向力 及 倾 覆力 矩 ， 径 因而 广泛 应 用于 回转 式 焊 接操 作 机 、 中小 型 起 重 机 和 挖 掘 机 等工 程设 备 Ｊ 四点 接 触球 转 盘轴 承 的沟 道 为 ２ 。
条 圆弧 ， 曲率 系 数 为 ０ ５ 沟 ． ２～０ ５ 。一 般 工 程 机 ．５ 械设 备 中 ， 由于游 隙大 于 零 ， 钢球 和沟 道 之 间为 两 点 接触 ； 一些 回转 精 度 要 求 较 高 或 者 有 启 动 力 在
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｎｌ ｅ ｃ ｆ ｒ ｏ ｅ ｐ ｏ ｌ ｎ ｃｅ ａ ｃ ｓｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｒｆｕ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅｉ ｆ ｎ ｅ ｏ ｏ ｖ ｒ ｆ ｅ ｏ ｌａ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｆ ｒ—ｐ ｉｔ—ｃ ｎ ａ ｔｂ ｌ ｓｅ ｉ ｇ ｂ ａ ｉ ｇ ，ｔ ｅ ｕ ｇ ｉ ｒ ｏ ｏ ｏｎ ｏ ｔｃ ａｌ ｌｗ ｎ ｅ ｒ ｓ ｈ ｎ
频 往 复摆动 的 四点接 触球 转 盘 轴 承常 见 的失 效 形 式 为 承载 区 的疲 劳 破 坏 ； 频 摆 动 与 低 速 回转 常 低 见 的失 效形 式 主要为 压痕 Ｊ 。
由于 四点 接触球 转 盘 轴承 的广 泛应 用 及 其在 承载 上 的突 出 优 势 ， 多 学 者 对 于 其 承 载 能 力 做 很
荷分 布 的数值 求解 方法 ； 文献 ［２１ ］ 不 同角 度 １—３ 从
Ｔ ｂｎ ｌ，ａｇｎ ｒｕ ，ａｔ １０ ０ Ｃ ｉａ３ Ｌ ｏａｇＲ ｉ ｅｇＢ ａｉ ｏ ，ｔ．Ｌ ｏａ ｇ ７ ０ ３ Ｃ ｉａ ｕ ｉｇＭｉ Ｂ ｏａｇＧ ｏｐ Ｂ ｏ ｕ０ ４ ０ ， ｈ ；． ｕｙｎ ｕｃ ｎ ｅｒ ｇＣ ． Ｌｄ ，ｕｙｎ １０ ， ｈ ） ｌ ｏ ｎ ｈ ｎ ４ ｎ
球轴承 承载分析
! 引言
回转支承又称转盘轴承或特大型轴承，是一切两部分之间
需作相对回转运动，又需同时承受径向载荷、轴向载荷和倾覆力矩的机械所必需的重要传力元件。
近年来，随着主机行业的迅速发展，回转支承得到了广泛的应用。
除为挖掘机、塔吊、汽车吊以及各类起重机配套外，还广泛应用于轻工机械、冶金机械、医疗机械、工业机器人、隧道掘进机、堆取料机、导弹发射架、雷达天线座、旋转舞台等。
W 回转支承的结构和受力分析
回转支承按结构形式的不同可划分为单排四点接触球式、
单排交叉滚柱式、双排球式及三排滚柱式等几种类型。
这里以。
四点接触球转盘轴承沟道形状与游隙关系特性分析_陈龙
。为
承载能力计算及选型计算中， 均存在一定裕量， 因 而对于一般工程机械用转盘轴承来说， 因沟道形 状造成的接触角变化对轴 承 应 用 的 影 响 并 不 突 出。但对于有回转精度和启动力矩要求的负游隙 四点接触球转盘轴承来说， 沟道形状对负游隙的 影响程度大， 进而会造成启动力矩变化。 1． 1 沟道一致性对游隙的影响 一般设计标准取外圈沟曲率系数 f e = 0． 54， 内 圈沟曲率系数 f i = 0． 525， 但各转盘轴承制造厂此参 内、 外沟曲 数选择不尽相同。为了便于以下分析， 率系数均取 0． 55。图 1 为零游隙时四点接触球转 盘轴承的钢球与 4 条沟道的接触状态。钢球与内、 外圈 4 条沟道的 4 点接触， 接触角为 α0 = 45°， 对角 Oi2 与 Oe2 ， Oil ） 位 相对的两条沟道的圆弧中心 （ Oe1 ， 于接触点连线上， 中心距 Oe1 Oi2 和 Oe2 Oi1 相等。
探讨四点接触球轴承接触角对接触应力的影响初探论文
探讨四点接触球轴承接触角对接触应力的影响初探论文探讨四点接触球轴承接触角对接触应力的影响初探论文0 引言轴承是各类机械装备的重要基础零部件，它被广泛应用于汽车工业，机床，航空航天，机器人等领域，轴承的性能、寿命及可靠性起着决定性的作用. 为了适应机械工业向高精度，高效率，高自动化的发展趋势，对轴承使用寿命，传动速度的要求也不断提高. 良好的稳定性，足够高的精度和寿命，是轴承研究者们不断努力的目标.设计合理的四点接触球轴承，与常规的两点接触球轴承相比，在同等运转条件下，能大大降低轴承的最大接触应力，提高球轴承的疲劳寿命.然而，四点接触球轴承尚需深入研究，比如，如何设计四点接触球轴承使其发挥最大的优势，换句话说，四点接触球轴承的参数对其使用性能影响如何. 在此本文拟介绍四点接触球轴承的接触角对接触应力的影响，为该球轴承的合理设计提供参考.1 简介四点接触球轴承包括轴承内圈、滚珠、轴承外圈及保持架，每个滚珠与轴承内外圈的环形滚道均两点接触(即每个滚珠有四个接触点)，两个接触点与滚珠中心连线的夹角βi和βo在20° ～150°之间，内外圈环形滚道截面轮廓曲线的曲率半径ri和ro为滚珠半径r 的1. 01 ～ 1. 16 倍.四点接触球轴承改变了现有球轴承的内外圈环形滚道截面轮廓，优化了滚珠与内外圈之间的受力状态和接触状态，而且由于滚珠与内外圈之间存在径向间隙，改善了滚珠与内外圈之间的润滑条件，从而大大提高了球轴承的疲劳寿命. 此类球轴承主要用作承受纯径向载荷或受较大径向载荷和较小轴向载荷的'向心球轴承.2 理论分析为研究四点接触球轴承接触角对接触应力的影响，本文将以某型号球轴承为例，比较相同规格深沟球轴承和四组接触角不同的四点接触球轴承的接触应力情况. 钢制深沟球轴承和四组四点接触球轴承所受纯径向载荷为8 900 N，轴承内径45mm，外径85 mm. 为减小计算量，本文通过计算各轴承模型的载荷分布得到受载最大的滚动体来进行研究，以此来分析不同接触角对接触应力的影响. 显然本文涉及的四点接触球轴承滚动体与内外圈为点接触，按照赫兹理论可知接触面为一椭圆，表面压力呈半椭圆分布. 接触椭圆面积及最大接触应力的计算公式如下:a = 0. 023 6naQnΣ ( ) ρ1 /3b = 0. 023 6nbQnΣ ( ) ρ1 /3σmax = 3Qn2πab式中，na，nb为与接触点主曲率差函数F(ρ) 有关的系数，根据F(ρ) 查表可得;Σρ 为接触点的主曲率和函数; Qn为滚动体与内外圈接触点共法线方向的载荷.分别将四点接触球轴承滚珠与内、外圈接触点的曲率和Σρi 、Σρo，曲率差F( ρ) i 、F( ρ) o，以及滚珠与内、外圈接触点共法线方向的载荷Qin 、Qon代入以上公式，就可求出相应接触点的最大接触应力.虽然，一般情况下根据上述方法可求出接触点的最大接触应力和接触范围，可是，当内圈或外圈上的两接触点的接触区域出现重叠或边界效应时，经典的力学方法就难以准确求解. 而有限元法则可解决经典的力学方法难以准确求解的问题.3 有限元分析3. 1 有限元模型的建立四点接触球轴承主要几何参数:轴承内圈直径为45 mm;轴承外圈直径为85 mm;滚动体直径为12. 7 mm;滚动体数目为9;轴承宽度为19 mm;弹性模量为2. 07 × 105 N/mm2;泊松比为0. 3.为了更好地分析四点接触球轴承接触角对接触应力的影响情况，在此对轴承进行有限元分析本文取内外圈沟曲率相同，相同规格钢制深沟球轴承以及接触角分别为15° 、30° 、45° 和60°的四点接触球轴承共五组模型来分析接触应力情况. 该轴承滚动体和内外圈均为弹性体，使用Pro /E 软件进行三维建模，为了节省计算时间，合理简化模型，即取受纯径向载荷时受载最大滚动体进行研究;应用赫兹接触理论合理确定接触范围. 再将三维模型导入有限元软件ABAQUS 中，合理确定滚珠与内外圈接触面及边界条件，合理划分有限元分析网格. 使轴承内圈固定，外圈上施加纯径向载荷，进而得出不同接触角的球轴承接触应力的变化情况.3. 2 四点接触球轴承有限元结果分析为节省篇幅，本文主要介绍四点接触球轴承的接触应力情况，根据给出的五组模型，分析不同接触角的轴承的接触应力的变化情况，进而确定轴承的最佳接触角，合理优化轴承的设计. 为了更清楚的研究滚动体与内外圈接触应力的大小及分布情况，对模型的对称面一侧沿接触路径进行了取点，并绘制出了其路径上的接触应力曲线图.由以上曲线图可以看出，在受纯径向载荷8900 N 的工况下，五组不同接触角的四点接触球轴承的滚动体与内、外圈的接触应力的变化情况.可得出结论:①当接触角为15°时，滚动体与内外圈的最大接触应力最小，;深沟球轴承的滚动体与内外圈的最大接触应力最大;接触角为30°、45°、60°的四点接触球轴滚动体与内外圈最大接触应力相对于接触角为15°的轴承依次增大，但仍然均小于深沟球轴承的最大接触应力. ②由有限元模型的接触应力云图可以看出，当接触角为60° 时，滚动体与内外圈的接触出现边缘效应，此时在轴承挡边边缘会出现应力集中，造成轴承寿命的降低，因此在轴承的设计过程中应避免这一情况的发生.4 结论综合以上理论分析及有限元分析结果可以得出，对本文所研究的轴承而言，在同一工况下，接触角为15°的四点接触球轴承在接触点处最大接触应力最小，接触角为30°、45°、60°的四点接触球轴承在接触点处的最大接触应力均大于接触角为15°的轴承但仍小于深沟球轴承的最大接触应力.因此，在加工能力范围内，应尽量使所设计的四点接触球轴承接触角接近15°值.。
四点接触球轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因分析
第３４卷第２３期中国机械工程V o l ．３４㊀N o ．２３２０２３年１２月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．２７９４Ｇ２８０４四点接触球轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因分析王亚涛１㊀邱㊀明１,２㊀张家铭１㊀王会杰１１．河南科技大学机电工程学院,洛阳,４７１００３２．河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心,洛阳,４７１００３摘要:针对四点接触球轴承钢球与沟道间发生多点接触引起轴承过早失效的问题,以Q J ２１４四点接触球轴承为研究对象,建立了钢球Ｇ沟道接触模型,分析了结构参数及工况参数变化时钢球Ｇ沟道发生多点接触的成因.研究结果表明,内外圈沟道曲率半径系数或内外垫片厚度的增大可使钢球Ｇ沟道接触状态由三点接触转变为两点接触,再转变为三点接触;恒定转速时,轴向载荷的减小可使钢球Ｇ沟道接触状态由两点接触转变为三点接触;转速及轴向载荷均恒定时,径向载荷的增大可使部分钢球Ｇ沟道接触状态由两点接触转变为三点接触,再转变为四点接触.研究成果为避免四点接触球轴承在运转过程中发生多点接触而引起的猫眼圈磨损失效提供了参考.关键词:四点接触球轴承;多点接触;结构参数;工况参数;磨损失效中图分类号:T H １３３．３D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２３．２３．００３开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):C a u s eA n a l y s i s o n M u l t i Ｇp o i n tC o n t a c t b e t w e e nS t e e l B a l l a n dR a c e w a y of F o u r Ｇp o i n tC o n t a c t B a l l B e a r i n gs WA N G Y a t a o １㊀Q I U M i n g １,２㊀Z H A N GJ i a m i n g １㊀WA N G H u i ji e １１．C o l l e g e o fM e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,H e n a nU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,L u o y a n g,H e n a n ,４７１００３２．C o l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o nC e n t e r o fM a c h i n e r y a n dE q u i p m e n tA d v a n c e d M a n u f a c t u r i n g ofH e n a n P r o v i n c e ,H e n a nU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,L u o y a n g,H e n a n ,４７１００３A b s t r a c t :A i m i n g a t t h e p r o b l e m s o f p r e m a t u r e b e a r i n g f a i l u r e c a u s e db y m u l t i Ｇpo i n t c o n t a c t s b e Ｇt w e e n t h e s t e e l b a l l a n d t h e r a c e w a y o f f o u r Ｇp o i n t c o n t a c t b a l l b e a r i n g s ,t a k i n g Q J ２１４f o u r Ｇpo i n t c o n Ｇt a c t b a l l b e a r i n g s a s t h e r e s e a r c ho b j e c t ,t h eb a l l a n dt h e r a c e w a y co n t a c tm o d e l sw e r ee s t a b l i s h e d ,a n d t h e c a u s e s o fm u l t i Ｇp o i n t c o n t a c t s b e t w e e n t h e b a l l a n d t h e r a c e w a y w e r e a n a l y z e dw h e n t h e s t r u c Ｇt u r a l p a r a m e t e r s a n dw o r k i n g c o n d i t i o n p a r a m e t e r sw e r e c h a n g e d ．T h e r e s u l t s s h o wt h a tw i t h t h e i n Ｇc r e a s e o f t h e c o e f f i c i e n t o f i n n e r a n do u t e r r a c e w a ygr o o v e c u r v a t u r e r a d i u so r t h e t h i c k n e s so f i n n e r a n do u t e r g a s k e t ,t h e c o n t a c t s t a t e b e t w e e n t h e b a l l a n d t h e r a c e w a y m a y b e c h a n g e d f r o mt h r e e Ｇpo i n t c o n t a c t t o t w o Ｇp o i n t c o n t a c t ,a n d t h e nt o t h r e e Ｇp o i n t c o n t a c t ．A t c o n s t a n t s p e e dc o n d i t i o n ,w i t ht h e r e d u c t i o no f a x i a l l o a d ,t h e c o n t a c t s t a t e b e t w e e n t h e b a l l a n d t h e r a c e w a y m a y b e c h a n ge df r o mt w o Ｇp o i n t c o n t a c t t o t h r e e Ｇp o i n t c o n t a c t ．W h e n t h e r o t a t i o n a l s pe e d a n d t h e a x i a l l o a d a r e c o n s t a n t ,t h e i n Ｇc r e a s e of r a d i a l l o a d sm a y m a k e t h e c o n t a c t s t a t e o f s o m e s t e e l b a l l s a n d t h e r a c e w a y c h a n ge f r o mt w o Ｇp o i n t c o n t a c t t o t h r e e Ｇp o i n t c o n t a c t ,a n d t h e n t o f o u r Ｇp o i n t c o n t a c t ．T h e r e s e a r c h f i n d i n g sm a y pr o v i d e r e f e r e n c e f o r a v o i d i n g t h e c a t ̓s e y e r i n g w e a r f a i l u r e c a u s e db y m u l t i Ｇp o i n t c o n t a c t d u r i n g t h e r u n n i n g o f f o u r Ｇp o i n t c o n t a c t b a l l b e a r i n gs ．K e y wo r d s :f o u r Ｇp o i n t c o n t a c tb a l lb e a r i n g ;m u l t i Ｇp o i n t c o n t a c t ;s t r u c t u r a l p a r a m e t e r ;w o r k i n g c o n d i t i o n p a r a m e t e r ;w e a r f a i l u r e收稿日期:２０２３０６２６基金项目:国家自然科学基金(５２２７５１８６)０㊀引言四点接触球轴承被广泛应用于航空航天㊁船舶㊁汽车等多种场合,在这些场合中轴承的服役工况复杂㊁服役环境恶劣㊁故障率较高且损伤模式多种多样[１Ｇ２].其中,多点接触致使四点接触球轴承产生猫眼圈磨损,是引发轴承早期失效的重要因素之一.近年来,针对滚动轴承接触特性,国内外学者以圆锥滚子轴承[３]㊁圆柱滚子轴承[４]和角接触球轴承[５]为对象开展了大量的研究,但上述轴承不存在多点接触问题.对于涉及多点接触问题的三点接触球轴承,H AM R O C K 等[６]分析了双半外圈三点接触球轴承的载荷分布及寿命特性;彭城等[７]分析了设计接触角及运行参数对三点接触球轴承打滑率的影响.对于涉及多点接触问题的四点接触球轴承,研究主要分布在轴承振动[８]㊁旋转４９７２精度[９]㊁刚度[１０]㊁套圈柔性化[１１]㊁摩擦磨损[１２Ｇ１６]㊁稳定性[１７Ｇ２０]方面.在轴承多点接触方面,俞加欣[２１]仅探讨了静态条件下避免三点接触的临界条件.文献检索可知,关于动态条件下四点接触球轴承多点接触问题的研究还鲜有报道.然而,多点接触产生的磨损失效又是此类轴承常见的故障模式,故有必要深入地研究多点接触产生的原因或条件,为避免四点接触球轴承多点接触引发的猫眼圈磨损失效提供参考.鉴于此,本文针对四点接触球轴承,建立了其钢球Ｇ沟道接触模型,并对比求解特定工况下的轴承接触载荷与已有文献的相应结果,验证了所建模型的正确性.以Q J２１４四点接触球轴承为研究对象,重点讨论了内圈沟道曲率半径系数㊁外圈沟道曲率半径系数㊁内圈垫片厚度㊁外圈垫片厚度结构参数变化和转速㊁轴向载荷㊁径向载荷等工况参数变化时钢球Ｇ沟道间发生多点接触的成因.１㊀四点接触球轴承钢球Ｇ沟道接触模型的建立㊀㊀为了探明诱导四点接触球轴承发生多点接触的原因,需先建立钢球Ｇ沟道接触模型.模型由两部分组成:一部分是钢球中心与内外沟道曲率中心几何关系分析;另一部分是钢球及内圈的受力分析.１．１㊀四点接触球轴承几何关系分析四点接触球轴承的内外套圈沟道均为 桃形 ,轴承需要在钢球Ｇ沟道两点接触的情况下才能正确发挥作用,如图１a所示.四点接触球轴承在实际工作过程中,钢球理应与其中一个半内圈沟道以及与此半内圈呈对角位置的外圈沟道分离,如果未分离,则钢球与沟道会出现多点接触现象,发生三点接触或四点接触,如图１b㊁图１c所示.轴承发生多点接触时,钢球会在低受载套圈的沟道上出现严重的滑动,导致轴承早期失效[２２].(a)两点接触㊀㊀(b)三点接触㊀㊀(c)四点接触图１㊀四点接触球轴承钢球Ｇ沟道接触状态F i g．１㊀B a l lＧr a c e w a y c o n t a c t s t a t e o f f o u rＧp o i n t c o n t a c tb a l l b e a r i n g s垫片角αs是四点接触球轴承的重要结构参数,如图２a所示,它与垫片厚度g有关,表达式为αs i(e)＝a r c s i n(g i(e)２r i(e)－D w)(１)式中,下标i(e)表示轴承内(外)圈;r为沟道曲率半径, r＝f D w;f为曲率半径系数;D w为钢球直径.垫片角的影响使得四点接触球轴承的原始接触角α０与一般角接触球轴承不同,如图２b所示,表达式为α０＝a r c c o s(A－[S d＋２(h i＋h e)]/２－ηi－ηeA)(２)式中,A为内外沟道曲率中心的初始距离;S d为径向装配游隙;h i(e)为内(外)沟道沟尖到钢球表面的距离,见图２c;η为去除垫片后沟道沟尖与未去除垫片的沟道沟底的距离.(a)垫片角(b)原始接触角(c)沟尖Ｇ球面距离图２㊀四点接触球轴承结构F i g．２㊀F o u rＧp o i n t c o n t a c t b a l l b e a r i n g s s t r u c t u r e四点接触球轴承在运转过程中,受外力向量F＝(F x,F y,F z,M y,M z)的作用,轴承内圈相对于外圈产生相对位移d＝(δx,δy,δz,θy,θz),钢球中心O b j和内沟道左沟曲率中心O i l㊁内沟道右沟曲率中心O i r分别变化到Oᶄb j㊁Oᶄi l㊁Oᶄi r,导致轴承内外沟道的曲率中心不在同一条直线上,受载前后钢球中心与内外沟道沟曲率中心相对位置如图３所示.变形后内圈沟道曲率中心相对外圈沟道曲率中心之间的轴向距离A１j㊁径向距离A２j为A１(２)j＝(r i＋r e－D w)s i nα０＋Δ１(２)j(３)式中,Δ１(２)j为内沟道曲率中心在变形前后沿轴向(径向)位移.钢球与内外圈接触角可表示为s i nαi l j＝A１j－X１jr i－D w/２＋δi l j(４)s i nαi r j＝X１j－A１j＋g i c o s(θz c o sφj＋θy s i nφj)r i－D w/２＋δi r j(５)s i nαe l j＝g e－X１jr e－D w/２＋δe l j(６)s i nαe r j＝X１jr e－D w/２＋δe r j(７)５９７２四点接触球轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因分析 王亚涛㊀邱㊀明㊀张家铭等图３㊀钢球中心与内外沟道沟曲率中心位置关系F i g．３㊀R e l a t i o nb e t w e e n t h e c e n t e r o f s t e e l b a l l a n d t h ec u r v a t u r e c e n t e r o f i n n e r a n do u t e r t r e n c h e s式中,下标l㊁r表示左㊁右沟道;φj＝２π(j－１)/Z为第j 个钢球的角位置;Z为钢球数量.钢球与内外圈左右沟道的接触变形分别为δi l j＝[(A１j－X１j)２＋(A２j－X２j)２]１/２－(r i－D w２)(８)δi r j＝[(X１j－A１j＋g i c o s(θy s i nφj＋θz c o sφj))２＋(A２j－X２j－g i s i n(θy s i nφj＋θz c o sφj))２]１/２－(r i－D w２)(９)δe l j＝[X２２j＋(g e－X１j)２]１/２－(r e－D w２)(１０)δe r j＝(X２２j＋X２１j)１/２－(r e－D w２)(１１)式中,X１(２)j为变形后钢球中心与外圈沟道曲率中心的轴向(径向)距离.１．２㊀钢球和内圈受力分析轴承在运转过程中,钢球不仅受到内外沟道作用力,还受到离心力和陀螺力矩的作用,对钢球进行受力分析,如图４所示.图４㊀钢球受力分析F i g．４㊀F o r c e a n a l y s i s o f s t e e l b a l l钢球Ｇ沟道接触载荷Q为Q i(e)l(r)j＝K i(e)l(r)jδ１．５i(e)l(r)j(１２)式中,下标i(e)l(r)j表示第j个钢球与内(外)圈左(右)沟道的接触位置;K为套圈接触变形系数.根据钢球局部受力平衡条件,钢球受力平衡方程可表示为Q i l j s i nαi l j－Q i r j s i nαi r j＋Q e l j s i nαe l j－Q e r j s i nαe r j＋M g j D w(λi l j c o sαi l j＋λi r j c o sαi r j－λe l j c o sαe l j－λe r j c o sαe r j)＝０(１３) Q i l j c o sαi l j＋Q i r j c o sαi r j－Q e l j c o sαe l j－Q e r j c o sαe r j＋M g jD w(－λi l j s i nαi l j＋λi r j s i nαi r j－λe l j s i nαe l j＋λe r j s i nαe r j)＋F c j＝０(１４)式中,λi l j㊁λi r j㊁λe l j㊁λe r j分别为内圈和外圈滚道控制参数,研究采用外滚道控制,取λi l j＝λi r＝０,λe l j＝λe r＝２;F c j㊁M g j分别为钢球受到的离心力和陀螺力矩,具体计算方法见文献[１０].在对钢球分析的基础上,对轴承内圈进行受力分析,根据牛顿运动定律,内圈平衡方程可表示为F＋ðZ j＝１R j Q i j＝０(１５)式中,Q i j为作用在轴承内圈上的外力向量;R j为坐标变换矩阵.综上,轴承几何变形关系式(３)和式(８)~式(１１)㊁钢球受力式(１３)~式(１４)㊁内圈受力式(１５)共同构造出四点接触球轴承钢球Ｇ沟道接触模型.２㊀模型求解方法及验证２．１㊀模型求解方法采用分块法与牛顿Ｇ拉夫逊法对上述四点接触球轴承钢球Ｇ沟道接触模型进行求解,求解流程如图５所示.首先输入四点接触球轴承的基本结构参数及载荷等参数,并给出内圈位移迭代初值;其次给定局部变量X１j㊁X２j对钢球平衡方程进行循环迭代计算,直到所有钢球完成迭代计算;然后将钢球局部平衡方程的计算结果代入内圈平衡方程中进行迭代求解,并对内圈广义位移进行修正,当全局误差满足收敛判据时结束迭代运算;最后输出四点接触球轴承内圈位移㊁接触载荷等性能参数.２．２㊀模型验证为了验证所建立的四点接触球轴承钢球Ｇ沟道接触模型的正确性,选取已经公开发表并且被后续许多文献[１０,１４]引用对比的N A S A技术报告[６]中的结果作为参考数据进行比较.在与参考数据中所用轴承结构参数(表１)及工况参数保持６９７２ 中国机械工程第３４卷第２３期２０２３年１２月上半月图５㊀求解流程图F i g．５㊀S o l u t i o n f l o wc h a r t一致的条件下,对比模型计算与参考数据中的钢球Ｇ沟道接触载荷,如图６所示.表１㊀文献轴承结构参数T a b．１㊀S t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o f b e a r i n g f r o mr e f e r e n c e s结构参数数值轴承内径d(mm)１５０轴承外径D(mm)２２５钢球直径D w(mm)２２．２３０内圈沟道曲率半径系数f i０．５４０外圈沟道曲率半径系数f e０．５２０外圈垫片厚度g e(mm)０．２５４㊀㊀由图６可知,通过模型计算得到的钢球Ｇ沟道接触载荷与文献结果吻合良好,且误差绝对值最大不超过６．４％,验证了四点接触球轴承钢球Ｇ沟道接触模型的正确性.为对四点接触球轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因进行分析,选取型号为Q J２１４的四点接触球轴承为对象,其主要结构参数如表２所示.３㊀模型求解结果与讨论在四点接触球轴承运转过程中,钢球Ｇ沟道的受载情况分为主要承受载荷的呈对角位置的两个主接触区,如图１a所示,以及对面位置的两个副接触区,如图１c所示.根据第１节建立的钢球Ｇ沟道接触模型所得到的接触载荷来判断主副接触区钢球Ｇ沟道接触点数量Zᶄ及轴承是否发生多点接触,进而分析结构参数和工况参数变化时钢球Ｇ沟道发生多点接触的成因.(a)F x＝４４４８N(b)F x＝１３３４５N图６㊀钢球Ｇ沟道接触载荷对比验证F i g．６㊀C o m p a r i s o na n d v e r i f i c a t i o no f b a l lＧr a c e w a yc o n t a c t l o a d表２㊀Q J２１４轴承结构参数T a b．２㊀S t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o f Q J２１４b e a r i n g结构参数数值轴承内径d(mm)７０轴承外径D(mm)１２５钢球数量Z１５内圈沟道曲率半径系数f i０．５１７外圈沟道曲率半径系数f e０．５２９内圈垫片厚度g i(mm)０．２９８外圈垫片厚度g e(mm)０．５０８３．１㊀结构参数变化时钢球Ｇ沟道多点接触成因分析为探究内圈沟道曲率半径系数㊁外圈沟道曲率半径系数㊁内圈垫片厚度㊁外圈垫片厚度结构参数变化时钢球Ｇ沟道发生多点接触的成因,根据Q J２１４型四点接触球轴承产品提供的转速㊁载荷等数据,选取转速n＝１００００r/m i n㊁轴向载荷F x＝１５k N㊁径向载荷F z＝５k N作为基础工况进行分析.３．１．１㊀内圈沟道曲率半径系数变化时钢球Ｇ沟道多点接触成因分析图７给出了基础工况下钢球Ｇ沟道接触载荷随内圈沟道曲率半径系数的变化曲线.从图７中可以看出,随着内圈沟道曲率半径系数的增大,内外沟道主接触区钢球Ｇ沟道接触载荷逐渐增大,但７９７２四点接触球轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因分析 王亚涛㊀邱㊀明㊀张家铭等(a )f i ＝０．５１２(b )f i ＝０．５１７(c )f i ＝０．５２２(d )f i ＝０．５２７图７㊀钢球Ｇ沟道接触载荷随内圈沟道曲率半径系数变化曲线F i g ．７㊀V a r i a t i o n c u r v e o f b a l l Ｇr a c e w a y c o n t a c t l o a dw i t h c o e f f i c i e n t o f c u r v a t u r e r a d i u s o f t h e i n n e r r i n g gr o o v e 各角位置处钢球Ｇ沟道接触点数量(接触区内钢球Ｇ沟道间存在接触载荷的钢球数量)未发生变化,均为１５个.后续讨论中主接触区钢球Ｇ沟道接触点数量具有与此相同的规律,因此文中不再赘述.内沟道副接触区钢球Ｇ沟道接触载荷随着内圈沟道曲率半径系数的增大逐渐减小为０,外沟道副接触区反之,且同一内圈沟道曲率半径系数下副接触区最多只有一个沟道存在接触载荷,说明钢球与沟道至多发生三点接触,同时表明钢球与内沟道发生第三点接触逐渐转变为钢球与外沟道发生第三点接触.此过程中,副接触区钢球Ｇ沟道接触点数量依次为１２㊁０㊁１５㊁１５,在内圈沟道曲率半径系数为０．５１７附近,钢球Ｇ沟道接触状态发生转变.根据上述分析,细化内圈沟道曲率半径系数为０．５１２~０．５２２,直接分析钢球Ｇ沟道接触点数量Z ᶄ的变化规律,如图８所示.当内圈沟道曲率半径系数f i ＜０．５１６时,部分钢球与内沟道发生三点接触;当内圈沟道曲率半径系数f i 为０．５１６~０．５１７时,副接触区钢球Ｇ沟道接触点数量为０,钢球Ｇ沟道由三点接触转变为两点接触;当内圈沟道曲率系数f i ＞０．５１７时,部分钢球与沟道再转变为三点接触状态,此时三点接触的位置发生在外沟道.图８㊀不同内圈沟道曲率半径系数下副接触区钢球Ｇ沟道接触点数量F i g ．８㊀N u m b e r o f b a l l Ｇr a c e w a y c o n t a c t p o i n t s i n t h e s e c o n d a r y co n t a c t z o n e u n d e r d i f f e r e n t i n n e r g r o o v e c u r v a t u r e r a d i u s c o e f f i c i e n t s３．１．２㊀外圈沟道曲率半径系数变化时钢球Ｇ沟道多点接触成因分析图９给出了基础工况下钢球Ｇ沟道接触载荷随外圈沟道曲率半径系数的变化曲线.随着外圈沟道曲率半径系数的增大,外沟道副接触区钢球Ｇ沟道接触载荷逐渐减小,接触点数量从１５个逐渐减少至０个;内沟道副接触区反之,接触点数量从０个逐渐增加至１５个;在外圈沟道曲率半径系数为０．５２９附近,钢球Ｇ沟道接触状态发生转变.通过进一步细化外圈沟道曲率半径系数区间０．５２４~０．５３４来探究钢球Ｇ沟道多点接触演变规８９７２ 中国机械工程第３４卷第２３期２０２３年１２月上半月(a)f e＝０．５２４(b)f e＝０．５２９(c)f e＝０．５３４(d)f e＝０．５３９图９㊀钢球Ｇ沟道接触载荷随外圈沟道曲率半径系数变化曲线F i g．９㊀V a r i a t i o n c u r v e o f b a l lＧr a c e w a y c o n t a c t l o a dw i t h c o e f f i c i e n t o f c u r v a t u r e r a d i u s o f t h e o u t e r r i n g g r o o v e 律及成因,如图１０所示.当外圈沟道曲率半径系数f e＜０．５２９时,钢球与外沟道的密合度变大,导致部分钢球与外沟道发生三点接触;当外圈沟道曲率半径系数f e增大至０．５２９~０．５３２时,钢球Ｇ沟道转变为两点接触;当外圈沟道曲率半径系数f e＞０．５３２时,钢球与外沟道密合度变小,相对来说,增大了钢球与内沟道的密合度,此时部分钢球与内沟道发生三点接触.图１０㊀不同外圈沟道曲率半径系数下副接触区钢球Ｇ沟道接触点数量F i g．１０㊀N u m b e r o f b a l lＧr a c e w a y c o n t a c t p o i n t s i n t h es e c o n d a r y c o n t a c t z o n e u n d e r d i f f e r e n t c o e f f i c i e n t o fc u r v a t u r e r ad i u s o f t he o u t e r r i n g g r o o v e ３．１．３㊀内圈垫片厚度变化时钢球Ｇ沟道多点接触成因分析图１１给出了基础工况下钢球Ｇ沟道接触载荷随内圈垫片厚度的变化曲线.由图１１可知,副接触区钢球Ｇ沟道接触点数量随着内圈垫片厚度的增大先减少后增加,数量依次为１５㊁１５㊁０㊁５;在内圈垫片厚度为０．２９８mm附近,钢球Ｇ沟道接触状态发生转变.根据上述分析,过大或过小的内圈垫片厚度均会导致轴承发生三点接触,在内圈垫片厚度０．２４８~０．３４８mm区间内进一步分析发生转变的临界值,如图１２所示.当内圈垫片厚度g i＜０．２８８mm时,钢球与外沟道发生三点接触;当内圈垫片厚度g i为０．２８８~０．３２８mm时,钢球Ｇ沟道由三点接触转变为两点接触;当内圈垫片厚度g i 增大至０．３２８mm时,钢球与内沟道发生三点接触.３．１．４㊀外圈垫片厚度变化时钢球Ｇ沟道多点接触成因分析图１３给出了基础工况下钢球Ｇ沟道接触载荷随外圈垫片厚度的变化曲线.从图１３中可以看出,随着外圈垫片厚度的增大,副接触区钢球Ｇ沟道接触点数量先减少后增加,数量依次为６㊁０㊁０㊁１５,轴承在此过程中至多发生三点接触,位置分别在内沟道㊁外沟道上.细化外圈垫片厚度区间０．４２８~０．５２８mm,寻找使钢球Ｇ沟道接触状态发生转变的诱因,如图１４所示,当外圈垫片厚度g e＜０．４４８mm时,由两９９７２四点接触球轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因分析 王亚涛㊀邱㊀明㊀张家铭等(a)g i＝０．１９８mm(b)g i＝０．２４８mm(c)g i＝０．２９８mm(d)g i＝０．３４８mm图１１㊀钢球Ｇ沟道接触载荷随内圈垫片厚度变化曲线F i g．１１㊀V a r i a t i o n c u r v e o f b a l lＧr a c e w a y c o n t a c t l o a dw i t h t h i c k n e s s o f t h e i n n e r r i n g g a s k e t段圆弧曲线组成的外桃形沟道的坡度变得平缓,内沟道的坡度相对变得陡峭,钢球与内沟道发生三点接触;当外圈垫片厚度g e增大为０．４４８~０．５１８mm时,钢球Ｇ沟道转变为两点接触;当外圈图１２㊀不同内圈垫片厚度下副接触区钢球Ｇ沟道接触点数量F i g．１２㊀N u m b e r o f b a l lＧr a c e w a y c o n t a c t p o i n t s i n t h es e c o n d a r y c o n t a c t z o n e u n d e r d i f f e r e n t t h i c k n e s so f t h e i n n e r r i n g g a s k e t垫片厚度g e＞０．５１８mm时,由两段圆弧曲线组成的外圈桃形沟道的坡度变得陡峭,导致钢球由两点接触再转变为与外沟道的三点接触状态.３．２㊀工况参数变化时钢球Ｇ沟道多点接触成因分析在３．１节选用工况的基础上,通过进一步改变转速和载荷条件来分析轴向载荷㊁联合载荷作用后四点接触球轴承钢球Ｇ沟道发生多点接触的诱因,轴承结构参数如表２所示.３．２．１㊀轴向载荷变化时钢球Ｇ沟道多点接触成因分析图１５计算了轴承在转速n为１００００r/m i n,轴向载荷F x为５~２０k N的工况下钢球Ｇ沟道接触载荷.由图１５可知,在相同的转速条件下,副接触区钢球Ｇ沟道接触载荷随着轴向载荷的增大而减小,接触点数量依次为１５㊁１５㊁０㊁０;钢球Ｇ沟道接触状态在轴向载荷为１０~１５k N间转变.由图１５可知,较小的轴向载荷更易导致多点接触情况的发生,通过二分法对区间进行细化寻找轴向载荷临界值.当轴向载荷F x＞１１．５６２５k N 时,内外圈在轴向方向上位移量增加,钢球与沟道仅在呈对角位置的主接触区接触,钢球Ｇ沟道由三点接触转变为两点接触.３．２．２㊀联合载荷作用下径向载荷变化时钢球Ｇ沟道多点接触成因分析在转速n为１００００r/m i n,轴向载荷F x为１５k N工况的基础上,分析径向载荷F z为２~１４k N时钢球Ｇ沟道间接触载荷的变化规律,如图１６所示.由图１６可知,在相同的转速及轴向载荷条件下,外内沟道副接触区钢球Ｇ沟道最大接触载荷随着径向载荷的增大而增大,接触点数量分别为０㊁０㊁５㊁１１和０㊁０㊁０㊁３.００８２ 中国机械工程第３４卷第２３期２０２３年１２月上半月(a )g e ＝０．４０８mm㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b )g e ＝０．４５８mm (c )g e ＝０．５０８mm㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(d )g e ＝０．５５８mm 图１３㊀钢球Ｇ沟道接触载荷随外圈垫片厚度变化曲线F i g １３㊀V a r i a t i o n c u r v e o f b a l l Ｇr a c e w a y c o n t a c t l o a dw i t h t h i c k n e s s o f t h e o u t e r r i n g ga s k et 图１４㊀不同外圈垫片厚度下副接触区钢球Ｇ沟道接触点数量F i g ．１４㊀N u m b e r o f b a l l Ｇr a c e w a y c o n t a c t p o i n t s i n t h e s e c o n d a r y co n t a c t z o n e u n d e r d i f f e r e n t t h i c k n e s s o f t h e o u t e r r i n g ga s k e t ㊀㊀利用二分法逼近接触状态转变的临界点,当径向载荷F z ＞６．６２５k N 时,钢球Ｇ沟道由两点接触变为三点接触,当径向载荷F z ＞１２k N 时,径向载荷驱使钢球与内外沟道主接触区㊁副接触区同时接触,钢球Ｇ沟道由三点接触再转变为四点接触.３．２．３㊀工况参数耦合下钢球Ｇ沟道多点接触成因分析为了讨论转速㊁轴向载荷变化对轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因的影响,计算了轴承在转速n 为２０００~１２０００r /m i n ㊁轴向载荷F x 为３~１８k N的工况条件下钢球Ｇ沟道接触点总数量Z ᵡ,如图１７所示.由图１７可知,钢球Ｇ沟道接触点总数量随着转速的降低或轴向载荷的增大而减少,且钢球Ｇ沟道接触点总数量最多为４５个,由上文可知此过程钢球Ｇ沟道仅由三点接触转变为两点接触.图１８考虑了转速㊁轴向载荷和径向载荷变化对四点接触球轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因的综合影响,给出了在转速n 为２０００~１００００r /m i n㊁轴向载荷F x 为３~１５k N ㊁径向载荷F z 为３~１５k N 的工况下钢球Ｇ沟道接触点总数量.如图１８所示,钢球Ｇ沟道接触点总数量随着转速的降低,或轴向载荷的增大,或径向载荷的减小而减少,且总数量最多为４９个,大于两点接触状态下的３０个和三点接触状态下最多的接触点总数量４５个,表明钢球Ｇ沟道接触状态在两点接触㊁三点接触和四点接触之间转变.４㊀结论(１)在转速n 为１００００r /m i n㊁轴向载荷F x 为１５k N ㊁径向载荷F z 为５k N 的基础工况下,当内圈沟道曲率半径系数f i ＜０．５１６或f i ＞０．５１７时,钢球Ｇ沟道接触状态由两点接触转变为三点接触;当外圈沟道曲率半径系数f e ＜０．５２９或f e ＞０．５３２时,钢球Ｇ沟道接触状态由两点接触转变为１０８２ 四点接触球轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因分析 王亚涛㊀邱㊀明㊀张家铭等(a)F x＝５k N(b)F x＝１０k N(c)F x＝１５k N(d)F x＝２０k N图１５㊀钢球Ｇ沟道接触载荷随轴向载荷变化曲线F i g．１５㊀V a r i a t i o n c u r v e o f b a l lＧr a c e w a y c o n t a c t l o a dw i t ha x i a l l o a d三点接触;当内圈垫片厚度g i＜０．２８８mm或g i＞０．３２８mm时,钢球Ｇ沟道接触状态由两点接触转变为三点接触;当外圈垫片厚度g e＜０．４４８m m 或g e＞０．５１８mm时,钢球Ｇ沟道接触状态由两点(a)F z＝２k N(b)F z＝６k N(c)F z＝１０k N(d)F z＝１４k N图１６㊀钢球Ｇ沟道接触载荷随径向载荷变化曲线F i g．１６㊀V a r i a t i o n c u r v e o f b a l lＧr a c e w a y c o n t a c t l o a dw i t h r a d i a l l o a d接触转变为三点接触,且钢球与沟道三点接触的位置会在内外沟道之间转变.２０８２ 中国机械工程第３４卷第２３期２０２３年１２月上半月图１７㊀转速㊁轴向载荷作用下钢球Ｇ沟道接触点总数量F i g ．１７㊀T o t a l n u m b e r o f b a l l Ｇr a c e w a y co n t a c t p o i n t s u n d e r r o t a t i o n a l s pe e da n da x i a l l o ad 图１８㊀转速㊁轴向载荷和径向载荷作用下钢球Ｇ沟道接触点总数量F i g ．１８㊀T o t a l n u m b e r o f b a l l Ｇr a c e w a y co n t a c t s u n d e r r o t a t i o n a l s pe e d ,a x i a l l o a da n d r a d i a l l o a d (２)轴承发生多点接触的钢球数量随着转速的降低或轴向载荷的增大或径向载荷的减小而减少.(３)在转速及轴向载荷作用下,钢球Ｇ沟道接触状态仅在两点接触和三点接触之间转变,转速n 为１００００r /m i n 的工况下,当轴向载荷F x ＞１１．５６２５k N 时,钢球Ｇ沟道接触状态由三点接触转变为两点接触;在转速㊁轴向载荷和径向载荷作用下,钢球Ｇ沟道接触状态会在两点接触㊁三点接触和四点接触之间转变.在转速n 为１００００r /m i n ,轴向载荷F x 为１５k N 工况条件下,当径向载荷F z ＞６．６２５k N 时,钢球Ｇ沟道接触状态由两点接触转变为三点接触,当径向载荷F z ＞１２k N 时,钢球Ｇ沟道接触状态由三点接触转变为四点接触.(４)研究揭示了结构参数及工况参数变化时钢球Ｇ沟道发生多点接触的成因,为避免四点接触球轴承在运转过程中发生多点接触而引起的猫眼圈磨损失效提供了参考.参考文献:[１]㊀何加群．中国战略性新兴产业研究与发展:高端轴承[M ]．北京:机械工业出版社,２０１９．H EJ i a q u n ．R&Do fC h i n a ̓sS t r a t e g i cN e wI n d u s Ｇt r i e s :H i g h Ｇe n d B e a r i n g s [M ]．B e i j i n g :C h i n a M a Ｇc h i n eP r e s s ,２０１９．[２]㊀HA R R I ST A ,K O T Z A L A S M N．R o l l i n g B e a r i n gA n a l y s i s Ｇ２V o l u m e S e t [M ]．B o c a R a t o n :C R C P r e s s ,２００６．[３]㊀王彦伟,罗继伟,陈立平．圆锥滚子轴承接触分析[J ]．华中科技大学学报(自然科学版),２００７,３５(９):１９Ｇ２１．WA N G Y a n w e i ,L U OJ i w e i ,C H E N L i p i n g．A n a l Ｇy s i s o f t h eC o n t a c t so fT a p e rR o l l e rB e a r i n gs [J ]．J o u r n a lo f H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y (N a t u r a lS c i e n c e E d i t i o n ),２００７,３５(９):１９Ｇ２１．[４]㊀史修江,王黎钦．基于拟动力学的航空发动机主轴滚子轴承热弹流润滑分析[J ]．机械工程学报,２０１６,５２(３):８６Ｇ９２．S H IX i u j i a n g ,WA N G L i q i n ．T E H L A n a l y s i s o f A e r o Ｇe n g i n e M a i n s h a f t R o l l e r B e a r i n g B a s e d o n Q u a s i Ｇd y n a m i c s [J ]．J o u r n a lo f M e c h a n i c a l E n gi Ｇn e e r i n g,２０１６,５２(３):８６Ｇ９２．[５]㊀张进华,方斌,朱永生,等．基于球Ｇ滚道非完全接触状态下的球轴承载荷分布计算及刚度特性研究[J ]．机械工程学报,２０２０,５６(９):７３Ｇ８３．Z HA N GJ i n h u a ,F A N G B i n ,Z HU Y o n g s h e n g,e t a l ．I n v e s t i g a t i o no f t h eL o a dD i s t r i b u t i o na n dS t i f f Ｇn e s s C h a r a c t e r i s t i c o f B a l l B e a r i n g un d e r B a l l Ｇr a c e w a y S e p a r a t i o n C o n d i t i o n [J ]．J o u r n a lo f M e Ｇc h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２０２０,５６(９):７３Ｇ８３．[６]㊀HAM R O C KBJ ,A N D E R S O N WJ ．A r c h e d Ｇo u t e r Ｇr a c eB a l l Ｇb e a r i n g A n a l y s i s C o n s i d e r i n g C e n t r i f u g a l F o r c e s ,T N D Ｇ６７６５[R ]．C l e v e l a n d ,O h i o :N a t i o n a l A e r o n a u t i c s a n dS pa c eA d m i n i s t r a t i o n ,１９７２．[７]㊀彭城,曹宏瑞,朱玉彬,等．三点接触球轴承打滑动力学分析与验证[J ]．机械工程学报,２０２３,５９(１):１２３Ｇ１３０．P E N GC h e n g ,C A O H o n gr u i ,Z HU Y u b i n ,e ta l ．D y n a m i cA n a l y s i sa n d V e r i f i c a t i o no nS k i d d i n g Be Ｇh a v i o rof T h r e e Ｇp o i n t C o n t a c t B a l l B e a r i n gs [J ]．J o u r n a l o f M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ,２０２３,５９(１):１２３Ｇ１３０．[８]㊀田凯文,邱明,王东峰．动力传动机构四点接触球轴承的振动特性分析[J ]．振动与冲击,２０２３,４２(４):３９Ｇ４７．T I A N K a i w e n ,Q I U M i n g ,WA N G D o n g f e n g ．A n a l y s i so fV i b r a t i o nC h a r a c t e r i s t i c so fF o u r Ｇpo i n t C o n t a c tB a l lB e a r i n g sf o rP o w e rT r a n s m i s s i o n [J ]．J o u r n a lo f V i b r a t i o n a n d S h o c k ,２０２３,４２(４):３０８２ 四点接触球轴承钢球Ｇ沟道多点接触成因分析 王亚涛㊀邱㊀明㊀张家铭等３９Ｇ４７．[９]㊀陈月,邱明,杜辉,等．机器人用四点接触球轴承旋转精度影响因素[J]．中国机械工程,２０２０,３１(１４):１６７８Ｇ１６８５．C H E N Y u e,Q I U M i n g,D U H u i,e t a l．F a c t o r s I nＧf l u e n c i ng R o t a t i o n A c c u r a c y o fF o u rＧp o i n tC o n t a c tB a l l B e a r i n g s f o rR o b o t s[J]．C h i n a M e c h a n i c a lE nＧg i n e e r i n g,２０２０,３１(１４):１６７８Ｇ１６８５．[１０]㊀R I V E R A G,T O N G V,HO N G S．C o n t a c tL o a da n dS t i f f n e s so fF o u rＧp o i n tC o n t a c tB a l lB e a r i n g su n d e rL o a d i n g[J]．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fP r e c iＧs i o n E n g i n e e r i n g a n d M a n u f a c t u r i n g,２０２２,２３(６):６７７Ｇ６８７．[１１]㊀L A C R O I X S,NÉL I A S D,L E B L A N C A．F o u rＧp o i n tC o n t a c tB a l l B e a r i n g M o d e lw i t hD e f o r m a b l eR i n g s[J]．J o u r n a lo fT r i b o l o g y,２０１３,１３５(３):３１４０２．[１２]㊀C H E N L,X I A X,Z H E N G H,e ta l．F r i c t i o n T o r q u eB e h a v i o ra saF u n c t i o no fA c t u a lC o n t a c tA n g l e i nF o u rＧp o i n tＧc o n t a c tB a l lB e a r i n g[J]．A pＧp l i e d M a t h e m a t i c sa n d N o n l i n e a rS c i e n c e s,２０１６,１(１):５３Ｇ６４．[１３]㊀HA L P I NJD,T R A N A N．A nA n a l y t i c a lM o d e l o fF o u rＧp o i n tC o n t a c tR o l l i n g E l e m e n tB a l lB e a rＧi n g s[J]．J o u r n a lo f T r i b o l o g y,２０１６,１３８(３):３１４０４．[１４]㊀L E B L A N C A,N E L I A SD．B a l lM o t i o na n dS l i dＧi n g F r i c t i o ni na F o u rＧc o n t a c tＧp o i n tB a l lB e a r i n g[J]．J o u r n a l o fT r i b o l o g y,２００７,１２９(４):８０１Ｇ８０８．[１５]㊀L I N B,D U A N M,O KWU D I R E C E,e ta l．A S i m p l i f i e dA n a l y t i c a lM o d e l o fR o l l i n g/S l i d i n g B eＧh a v i o r a n dF r i c t i o n i nF o u rＧp o i n tＧc o n t a c t B a l l B e a rＧi n g sa n dS c r e w s[C]ʊP r o c e e d i n g so ft h e A S M E２０１７I n t e r n a t i o n a l M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g C o nＧg r e s s a n dE x p o s i t i o n．T a m p a:A m e r i c a nS o c i e t y o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r s,２０１７:５８３７０．[１６]㊀MAS,L IW,Y A N K,e t a l．AS t u d y o n t h eD yＧn a m i cC o n t a c tF e a t u r eo fF o u rＧc o n t a c tＧp o i n tB a l lB e a r i n g[J]．M e c h a n i c a lS y s t e m sa n dS i g n a lP r oＧc e s s i n g,２０２２,１７４:１０９１１１．[１７]㊀刘少军,路春雨．直升机高速四点接触球轴承接触疲劳可靠性评估方法[J]．航空动力学报,２０１７,３２(１):１３０Ｇ１３７．L I US h a o j u n,L U C h u n y u．C o n t a c tF a t i g u eR e l i aＧb i l i t y A s s e s s m e n t M e t h o d o f H i g h S p e e d F o u rP o i n tＧc o n t a c tB a l l B e a r i n g o fH e l i c o p t e r[J]．J o u rＧn a l o fA e r o s p a c eP o w e r,２０１７,３２(１):１３０Ｇ１３７．[１８]㊀L IK,T A N G W．L o a dＧd i s p l a c e m e n tR e l a t i o n s h i p M o d e l a n dM e a s u r e m e n t o f D e e p G r o o v e B a l l B e a rＧi n g a n d４Ｇp o i n t C o n t a c t B a l l B e a r i n g[J]．J o u r n a l o fM e c h a n i c a lS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,２０２１,３５:３０４５Ｇ３０５８．[１９]㊀Y A O T,WA N GL,L I U X,e t a l．M u l t i b o d y D yＧn a m i c sS i m u l a t i o no fT h i nＧw a l l e dF o u rＧp o i n tC o nＧt a c tB a l lB e a r i n g w i t hI n t e r a c t i o n so fB a l l s,R i n gR a c e w a y sa n d C r o w nＧt y p e C a g e[J]．M u l t i b o d yS y s t e m D y n a m i c s,２０２０,４８:３３７Ｇ３７２．[２０]㊀L IY,L IW,Z HU Y,e t a l．D y n a m i cP e r f o r m a n c eA n a l y s i s o fC a g e i nF o u rＧp o i n tC o n t a c tB a l lB e a rＧi n g[J]．L u b r i c a n t s,２０２２,１０(７):１４９．[２１]㊀俞加欣．避免三点接触临界条件的探讨[J]．轴承,１９９３(１２):６Ｇ９．Y U J i a x i n．D i s c u s s i o n o f C r i t i c a lC o n d i t i o n sf o rA v o i d i n g T h r e eＧp o i n tC o n t a c t[J]．B e a r i n g,１９９３(１２):６Ｇ９．[２２]㊀焦育洁．航空发动机主轴轴承可靠性技术研究[D]．合肥:合肥工业大学,２００４．J I A O Y u j i e．R e s e a r c h o n R e l i a b i l i t y T e c h n o l o g yf o r M a i n S h a f tB e a r i ng so f A i r c r a f tE n g i n e[D]．H e f e i:H e f e iU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,２００４．(编辑㊀袁兴玲)作者简介:王亚涛,男,１９９９年生,硕士研究生.研究方向为滚动轴承设计与性能分析.EＧm a i l:w a n g y a t a o h k d＠１６３．c o m.邱㊀明(通信作者),女,１９６９年生,教授㊁博士研究生导师.研究方向为轴承设计与性能分析.EＧm a i l:q i u m i n g６９＠１２６．c o m.４０８２中国机械工程第３４卷第２３期２０２３年１２月上半月。
转盘轴承承载能力及额定寿命的计算方法
摘要 :以 Hertz弹性接触理论和 Lundberg - Palmgren的疲劳寿命理论为基础 ,结合转盘轴承特殊的结构形式和 受载条件 ,导出了接触强度校核及寿命估算的理论公式以及动 、静承载能力曲线的绘制方法 ,并绘制了动 、静承 载能力曲线 ,为转盘轴承的设计和选型提供了可靠的理论依据 。 关键词 :滚动轴承 ;转盘轴承 ;承载 ;接触强度 ;寿命 中图分类号 : TH133. 33 文献标志码 : B 文章编号 : 1000 - 3762 (2008) 02 - 0007 - 03
S
L10
式中 : S为失效概率 ;点接触 e = 10 /9,线接触 e =
9 /8; LS 为失效概率为 S 时的寿命 ; L10 为失效概率 为 0. 1时的寿命 。
下列各式中下标 i, e分别表示内 、外圈 ;下标 b
表示整个轴承 ;下标 1, 2分别代表主 、辅推力滚道 。
δ Q <m
= Knm
1. 5 <m
(1)
辅推力沟道上钢球的载荷
δ Q < s
= Kns
1. 5 <s
(2)
内圈发生位移后 , 不同角位置 < 处钢球的接
触角 α<m ,α<s也会发生改变 , 主推力沟道钢球的接
触角 α<m变为
sinα<m
= A sinα0
+δa + R iθcos<
Sm <
co sα<m
2f - 1
( 1 ±γ) 1 /3
Dw Dpw
0. 3
·
F (Dw ) Z - 1 /3
对于滚子轴承
QC =B
( 1 γ) 29 /27 ( 1 ±γ) 1 /4
凸缘外圈四点接触球轴承最大轴向承载力计算方法分析_王进堂
图8
钢球接触应力云图
图9 图5 轴承整体接触应力云图
凸缘根部应力云图
3
结束语
在超过 55 kN 的 通过数值模拟计算方法得出， 轴向力下， 轴承的最大接触应力超过轴承钢最大许 用接触应力。可得出轴承的最大轴向承载力接近 55 kN。从 2 种计算结果来看， 传统理论计算结果与 数值模拟计算结果差别不大， 可知数值模拟计算结 果是可信的， 且其计算比理论计算过程简单。由图
+ 中图分类号： TH133． 33 1 ； TH123
文献标志码： B
文章编号： 1000 － 3762 （ 2015 ） 11 － 0005 － 04
Analysis on Calculation Method for Maximum Axial Load of Four Point Contact Ball Bearings with Flanged Outer Ｒing
· 7·
2． 2
材料设置 轴承内、 外圈及钢球材料均为 GCr15 钢， 材料 性能见表 2 。
表2 GCr15 钢的材料性能参数
数值 206 4 200 7. 85 0. 3 1 667 参数 弹性模量 / GPa 最大许用应力 / MPa 密度 / （ kg·cm － 3 ） 泊松比 屈服强度 / MPa
轴承 2015 年11 期 Bearing 2015 ， No． 11
5 －8
凸缘外圈四点接触球轴承最大轴向承载力 计算方法分析
1 2 王进堂 ， 苏达士
（ 1． 上海中隆轴承有限公司 ， 上海 201400 ； 2. 宣城职业技术学院， 安徽
宣城 242000 ）
摘要： 采用传统理论计算方法和数值模拟计算方法对凸缘外圈四点接触球轴承最大轴向承载力进行了计算 ， 并 对 2 种计算结果做了对比分析 。结果表明： 在设计开发过程中， 数值模拟计算方法是可信的 ， 且相比传统理论 计算方法有优势。 关键词： 四点接触球轴承； 凸缘轴承； 轴向承载力； 有限元分析； 数值模拟
低速过载角接触球轴承载荷分布的研究
， ，
0 2 l p 2 2 1) ／ E p 决 定 的 常 数 Z p w l l +p 12 +p 2 l +p 2 2 P l l 、 p 12 、 p 2l L K 主 全 两 处 为 物体 接 触 点 曲率 ； 为 第 类 完 椭 圆积 分
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轴承载荷分布模拟
轴承载荷分布模拟轴承载荷分布模拟步骤一：定义问题我们的问题是模拟轴承的载荷分布。
轴承是一种机械装置，用于支持旋转轴并减少摩擦。
了解轴承的载荷分布对于设计和优化轴承至关重要。
因此，我们将尝试使用模拟方法来理解和预测轴承的载荷分布。
步骤二：收集数据首先，我们需要收集轴承的相关数据，包括轴承的几何形状、材料属性以及工作条件等。
这些数据将对我们的模拟有很大的影响。
我们可以通过查阅或咨询专家来获取这些数据。
步骤三：确定模拟方法在模拟载荷分布之前，我们需要选择适合的模拟方法。
常用的方法包括有限元分析、多体动力学模拟和计算流体力学等。
我们需要根据轴承的特性和我们的需求选择最合适的方法。
步骤四：建立模型基于收集到的数据和选择的模拟方法，我们将建立一个轴承的模型。
模型可以是一个三维几何模型，包括轴承的内部结构和外部环境。
我们将根据轴承的材料和几何特征来定义模型的属性。
步骤五：应用边界条件在模型中，我们需要定义适当的边界条件。
这些边界条件反映了轴承的工作条件，比如转速、载荷大小和方向等。
我们可以通过输入这些参数来模拟不同的工况。
步骤六：进行模拟运算一旦模型和边界条件设置完毕，我们可以进行模拟运算。
根据选择的模拟方法，我们可以使用相应的软件工具进行计算。
模拟运算将给出轴承在不同位置处的载荷分布情况。
步骤七：分析和评估结果模拟运算完成后，我们可以对结果进行分析和评估。
我们可以通过可视化工具来展示载荷分布的情况，并与实际测试结果进行对比。
如果模拟结果与实际结果相符，说明我们的模拟方法是可靠的。
步骤八：优化设计如果模拟结果与实际结果存在差异，我们可以通过优化设计来改善轴承的性能。
通过调整几何形状、材料属性和工作条件等因素，我们可以尝试提高载荷分布的均匀性和轴承的寿命。
步骤九：验证模型为了验证模型的准确性，我们可以进行实际测试。
通过在实验室中搭建轴承测试装置，并在不同工况下进行测试，我们可以与模拟结果进行比较，以验证模型的可靠性。
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机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ８ １
双排 四 点接 触球 转 盘 轴承 载荷 分 布 的研 究
芮晓 明 ， 张穆 勇 ， 黄浩然， 夏 莹沛
（ 华北 电力大学 热能动力与机械工程学院 ， 北京 １ ０ ２ ２ ０ ６ ） 摘 要： 变桨轴承和偏航轴承是风力发 电机组关键部件之 一， 通常采用单排或双排四点接 触球 转盘轴承 。 运用赫兹弹性
ｒ ｅ ｓｏ ａ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｃ ｈｐｒ ａ ｏ ｖ ｉ ｅｓ ｄ ａ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｂ ｓｉ ａ ｓ ｏ ｎ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｓ ｇ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅｓ ｄ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ ． Ｋｅ ｙ Ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｓ ｌ ｅ ｗｉ ｎ ｇ Ｂｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ；Ｌｏ ａ ｄ Ｄｉ ｓ ｔ ￣ｂ ｕ ｉ ｆ ｏ ｎ ；Ｈｅ ｒ ｔ ｚ Ｅｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｃｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ Ｔｈ ｅ ｏ ｒ ｙ； Ｗｉ ｎ ｄ Ｔｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ
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关键词 ： 转盘轴承； 载荷分布 ： 赫兹弹性接触理论 ； Ｔ ｘ ｔ 电机组 中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ８ １ — ０ ３
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接触理论 ， 建立 了双排 四点接触球转盘轴承 力学模型 ， 推导 了基于联合载荷（ 轴 向载荷、 径向栽荷和倾覆力矩 ） 作 用下的 轴承载荷分布计算公式 ， 并运用数值 迭代 方法进行求解 ， 最后 以某兆瓦级风力发 电机双排 四点接触球 变桨轴承为例 ， 应 用该模型进行 了转盘栽荷分布的数值计 算和分析 ， 初步说 明该模型的合理性 ， 为风电机组转盘轴承设计和选型提供 了可 靠地理论依据 。