[发明专利]一种调心滚子轴承内圈滚道型线优化方法

说明书

本发明公开了一种调心滚子轴承内圈滚道型线的优化方法，根据轴承实际受力情况对其进行建模仿真分析，获得轴承应力应变情况等仿真数据；通过轴承内圈滚道型线优化，改善轴承滚子与滚道受力不均情况；通过实际应用对轴承型线优化情况反馈，得到最优内圈滚道型线。本发明在保持调心滚子轴承原有良好调心功能的基础上，对调心滚子轴承内圈滚道型线进行了优化，更加适应实际工况条件。优化后的内圈滚道型线减少了滚子和内圈滚道的摩擦力和摩擦热的产生，通过有限元模拟分析以及实际制备验证的方法有效减小了滚子和内圈滚道处的接触应力，解决了滚子受力不均问题，降低了故障率，提高了内圈滚道的承载能力、抗磨损能力、使用寿命等性能。

技术领域

本发明属于调心滚子轴承设计领域，尤其涉及一种调心滚子轴承内圈滚道型线优化方法。

背景技术

调心滚子轴承主要适用于工程机械变速箱等机械，最常见的调心滚子轴承是球面滚子轴承，具有双列滚子，外圈有1条共用球面滚道，内圈有2条滚道并相对轴承轴线倾斜成一个角度。该轴承主要承受径向载荷，也可承受双向作用的轴向载荷，但不能承受纯轴向载荷，承载能力比较大。一般情况下，外圈采用球面滚道，外圈滚道面的曲率中心与轴承中心一致，故其调心性能良好，能补偿同轴度误差。然而，轴承内圈型线较外圈复杂，双滚道型线均为单独圆弧形，其圆心位置、距离等参数的设定会影响轴承性能。轴承在不同工况下其受力情况不同，错误的参数设定会引起或加重轴承受力不均。因此轴承内圈滚道参数设定不能从一而论，需对轴承不同工况、不同受力情况对轴承内圈滚道型线进行优化，以此避免受力不均而引起轴承变形、裂纹等缺陷。

中国专利CN 102619875 A公布了一种风力发电机主轴调心滚子轴承及其设计方法，通过受力分析，设计出符合要求的轴承。但这种设计方法仅用于风力发电机主轴用轴承，且是通过调整前后排滚子大小来减小滚子与滚道接触应力。

中国专利CN 111222207 A公布了一种圆锥滚子轴承内圈大挡边最优锥角的设计方法，通过迭代计算出内圈大挡边锥角的最优值，使得挡边所受应力变小、变形量小，加工过程中产生的摩擦热量小。但该发明仅考虑了挡边的应力状况，对于内圈滚道整体型线没有进行优化。。

上述专利虽然在某一方面一定程度上提升了轴承的性能，但是，均未参照实际工况的受力情况对轴承内圈滚道型线进行优化，以减少轴承滚子与内圈滚道受力不均程度。

因此，需要对轴承内圈滚道的型线根据实际工况进行优化，并提供一种通用性的调心滚子轴承内圈滚道型线优化方法。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种调心滚子轴承内圈滚道型线的优化方法，能够改善滚子轴承实际使用时产生的受力不均问题，减小滚子和内圈滚道的磨损，提高内圈滚道承载能力。

本发明设计理念是基于已有的调心滚子轴承内圈滚道，根据轴承实际受力情况对其进行建模仿真分析，获得轴承应力应变情况等仿真数据；通过轴承内圈滚道型线优化，改善轴承滚子与滚道受力不均情况；通过实际应用对轴承型线优化情况反馈，得到最优内圈滚道型线。

本发明的技术方案如下：一种调心滚子轴承内圈滚道型线的优化方法，包括如下步骤：

步骤一：建模并仿真

根据轴承实际工作情况，建立滚子和内圈滚道相互接触作用的有限元模型，对轴承滚子和滚道之间接触作用力、应变进行仿真。

基于Hertz接触理论，某一点处的接触应力按半椭球规律分布，公式如下：

其中a和b分别为接触椭圆的长半轴和短半轴，x和y为点的横坐标和纵坐标。最大接触应力为：

其中，Q为总接触压力。

Hertz接触变形δ公式为：