[发明专利]一种圆柱滚子轴承母线凸度优化设计方法

说明书

一种圆柱滚子轴承母线凸度优化设计方法，它涉及一种优化设计方法，具体涉及一种圆柱滚子轴承母线凸度优化设计方法。本发明为了解决现有圆柱滚子轴承滚子与内外圈接触区应力集中、轴承寿命较短的问题。本发明的具体步骤为：步骤一、根据接触力学原理以及Hertz接触理论建立圆柱滚子轴承对数修形曲线方程；步骤二、对步骤一中的圆柱滚子轴承对数修形曲线方法进行处理。本发明属于轴承设计领域。

技术领域

本发明涉及一种优化设计方法，具体涉及一种圆柱滚子轴承母线凸度优化设计方法，属于轴承设计领域。

背景技术

圆柱滚子轴承在工作时，接触应力会在滚动体端部出现陡然上升的趋势，也就是轴承行业里常说的“边缘效应”。当滚动体承受非常高的接触交变应力作用，在其的次表层就将产生很大的切应力，导致表面出现微小裂纹，这些微小裂纹随着时间的增加会逐渐扩展，最终形成局部剥落，造成滚动体失效。在20世纪30年代末，Lundberg提出了滚动体母线修形这个概念，通过使用特殊的滚子外轮廓曲面来避免或降低滚动体和轴承内外圈之间接触引起的应力集中。目前，工程中采用的滚子轴承常用修形方法主要有：弧坡修缘型，其母线由中部直线段和首尾两个对称修缘圆弧组成；全凸型，它的母线是一段圆弧，承受轻载时可以视作点接触，承受重载时滚子全长进入接触区并且不会发生边缘应力效应，但是在滚子中部会存在较高的压力峰，存在应力集中，而且滚动体稳定性差，会有偏斜现象发生。对数曲线型，现有对数曲线修形方法的不足是同样对数曲线修行，对数曲线方程的具体参数不同，修行效果不同，影响了轴承的承载能力和使用寿命；而且，对数修形曲线存在优化设计问题；对数曲线的参数确定以及修行效果验证难以解决。

发明内容

本发明为解决现有圆柱滚子轴承滚子与内外圈接触区应力集中、轴承寿命较短的问题，进而提出一种圆柱滚子轴承母线凸度优化设计方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述方法的具体步骤如下：

步骤一、根据接触力学原理以及Hertz接触理论建立圆柱滚子轴承对数修形曲线方程；

步骤二、对步骤一中的圆柱滚子轴承对数修形曲线方法进行处理。

进一步的，步骤一中根据接触力学原理以及Hertz接触理论建立的圆柱滚子轴承对数修形曲线方程为：

公式(1)、(2)、(3)中x表示以滚子接触半长为原点沿接触线长度方向的坐标值，f(x)表示坐标值x对应的径向坐标值，v表示材料泊松比，E表示材料的弹性模量，Q表示接触载荷，l表示滚动体有效长度，b表示滚动体与滚道接触椭圆区的宽度，∑ρ表示滚动体和套圈滚道接触时的综合曲率，D_m表示节圆直径，D_w表示滚动体直径；

公式(1)中，k₁为修正系数，与轴承材料系数、结构尺寸、所受载荷有关；k₂＝。

进一步的，以不同的k值命名为k_n，以方程

建立模型，用通用商业化的轴承仿真分析软件Romax对修形轴承节进行仿真计算；

公式(4)中v表示材料泊松比，E表示材料的弹性模量，Q表示接触载荷，l表示滚动体有效长度，b表示滚动体与滚道接触椭圆区的宽度；

根据仿真分析结果优选出一个最佳的修行参数k值：2.38。

该最佳修形参数k值对应的对数修形曲线方程

即最佳的对数修形曲线方程。