特殊用途轴承试验机的设计研究
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滚 子侧 面 受 力
（ Ｎ）
３ 结 论
建 立 了实 际 使 用 Ｊ 二 况 、 双轮 试 验 机 多方 、 单轮 试 验机 多方案 的轴 承 应力 分析 有 限元 模型 ， 并 对轴 承 的 受 力进 行 了多方 案 的计算 分析 。结 果表 明 ：实 际使 用 ］ ： 况 下 ，轴 承 的 滚 子 基 本 不 受侧 向 力 作 用 ，运 行 比较 稳 定 ；而 双轮 试验 机 上不 论轴 承 是 否对 中 ， 滚 予侧 向力都
科学理论 探索
特殊 用途轴承试验机 的设 计研究
薛红 军 ’ ， 李玉 稳 ， 夏 占 ， 赵 博 ’ １ ． 海 军 驻上 海七 。 四所 军事 代表 室 ，上海 ２ ０ ０ ０ ３ ０
２ ． 上海船舶设备研究所 ， 上海
２ ０ ０ ０ ３ ０
摘 要 为 了验证特殊用途轴承在 实际使用条件 下的寿命 ， 设计 了一台轴承试验机。首先对 实际使用条件下的轴 承变形和应力进行 了有限元分析 ， 根据轴承应 力分布特点 ， 设计 了多种轴承试验机方案 ， 并对多种方案下的轴承应 力应 变 进行 了对 比 分析 ， 优 选 了应 力分 布与 实 际使 用 条件 相似 的轴 承试 验机 设 计方 案 。
关键词 轴承 ； 试验 机 ； 应力 ； 方案 中 图分 类号 Ｔ Ｈ Ｉ ３ 文献 标 识码 Ａ
文 章编 号
２ ０ ９ ５ — ６ ３ ６ ３（ ２ ０ １ ７ ）１ ６ － ０ ０ ６ ４ — ０ ２
表 １ 实际应 用 系统 中轴承 的应 力
滚 子侧 面受 力
滚 子最 大应 力
（ Ｍ Ｐ ａ）
内 圈最 大应 力
（ Ｍ Ｐ ａ）
上半 滚子
１ ８
０
０
１ ７ ．０
２ ３ ４ ３（ Ｍｉ ｓ ｅ Ｓ）
２ Ｏ ９ ３（ Ｍｉ Ｓ ｅ Ｓ）
下半 滚子
０ １ ０
４ １ ９ ４（ Ｈ ｅ ｒ ｔ Ｚ ）
（ Ｎ）
特 殊 用 途 轴 承 是 船 上 的 关键 设 备 之一 ， 其 寿 命 对 系统 的整 体 功 能有 重要 影 响 。为 了验 证轴 承在 实 际 使用 条 件 下 的寿 命 ， 需要搭 建轴 承 试验 机 ， 开 展轴 承 疲 劳寿 命 试验 研 究 。 为 了使 轴 承 试 验 机 的疲 劳 试 验 结 果 和 实 际使 用 寿 命 尽 可能 一致 ， 要求 试 验机 上 轴承 的受力 状态 与 实 际尽 可 能 保持 一 致 。 因此 ， 对 实 际使用 条件 下轴承 的受 力开 展 了详细有限元分析 ； 根 据 实 际状 态 下 轴 承 受 力 的特 点， 设计 了多种试 验机 方 案 ， 并分 别开 展 了有 限元 分析 。 通 过 多方 案 的对 比分析 ， 确 定 了和 实 际工 况 最相 似 的试 验 机方 案 。
作 者 简介 ： 薛红 军 ，海 军驻 上海 七 。四所 军 事代表 室。
李 玉稳 ，上海 船舶 设备 研 究所 。 夏 占，上 海船 舶设 备研 究 所 。
图 １ 双轮 试验 机 方案
赵 博 ，海军驻 上 海七 。 四所 军事 代表 室 。
：
：
Байду номын сангаас
：
：
７ 年第１ ６ 期
表 ２ 双轮 试验 机 系统 中轴 承的 应 力
滚 子最 大应 力
（ Ｍ Ｐ ａ）
内 圈最 大应 力
（ Ｍ Ｐ ａ）
上 半 滚子
３ ０ ９ ０
０ ｌ ２ ８ ７ ｌ
２ ４ ７ ４（ Ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ ）
２ ２ ２ ２（ Ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ ）
要 比实 际 工 况 大 得 多 。 因此 ，采 用 双 滑 轨 轮 试 验 机 方 案 ，并 确 定 了具 体 参 数 ，使 轴 承 运 行 情 况 与 实 际 ： 【 ： 况 相 似 。 试验 结 果 表 明 ，优 选 试 验 机 方 案 上 的轴 承 疲 劳 寿 命 与 实 际 使 用 寿 命 相 近 ，表 明 试 验 机 的 设 计 是 成
４ １ ５ ２（ Ｈ ｅ ｒ ｔ Ｚ ）
１ 轴 承及 系 统有 限 元模 型
１ ． １ 轴承有 限元模型 …
为 了提 高计 算 精 度 和 效 率 。前 后 建 了 多种 轴 承 模 型 。模型 全 部采 用 精度 较 高 的六面 体 网格 。为 了提 高接 触 应 力计 算 精度 ， 对 接 触 区域 进行 了分 区 ， 对 接 触 区域 网格 局 部加 密 ， 以提 高计 算精 度 和效 率 。建 立 的轴 承整 体 分 析模 型 、对 称分 析模 型 。
２ １ ０
１ ． ２ 实际应用 系统有 限元模 型
实 际应用 中 ， 轴 承 加 外套 ， 通 过 加载 杆 施加 载 荷 ， 并在 一个 槽 内滚 动 。载 荷 以表 面 力 的方 式施 加于 加 载杆
顶部 ，方 向垂 直 向下 ； 滚 动槽 的侧 面 位 移受 约 束 。为 了
详细 计 算轴 承 的载 荷 ， 设置了 ２ ０ ０多对 接触 副 。计 算得 到 的轴承 应 力见 表 １ 。
２ 轴 承试 验 机 方案 设计
２ ． １ 双 轮 试 验 机 方案 设 计 了双 轮 试验 机 ， 其 有 限元 模 型见 图 １ 。计 算 得 到 的 轴承 应 力 见表 ２ 。可 以看 出 ， 双 轮试 验 机 方 案 中 ， 滚子 最 大应 力 和 实 际工况 相 差约 ６ ％ ， 而 滚子 侧 向力 与 实 际情 况 有很 大 差异 。实 际运 行过 程 中 ，轴承 滚 子基 本 不 受侧 向力作 用 ， 而 双轮 试 验 机方 案 导致 相 当大 的滚 子侧 向力 ， 使滚 子运 行 不稳 定 ， 导致 早 期疲 劳失 效 。
下 半滚 子
ｌ ５ ２ ７ １ ０ ｌ
４ ４ ７ ４（ Ｈ ｅ ｒ ｔ Ｚ ）
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３ 结 论
建 立 了实 际 使 用 Ｊ 二 况 、 双轮 试 验 机 多方 、 单轮 试 验机 多方案 的轴 承 应力 分析 有 限元 模型 ， 并 对轴 承 的 受 力进 行 了多方 案 的计算 分析 。结 果表 明 ：实 际使 用 ］ ： 况 下 ，轴 承 的 滚 子 基 本 不 受侧 向 力 作 用 ，运 行 比较 稳 定 ；而 双轮 试验 机 上不 论轴 承 是 否对 中 ， 滚 予侧 向力都
科学理论 探索
特殊 用途轴承试验机 的设 计研究
薛红 军 ’ ， 李玉 稳 ， 夏 占 ， 赵 博 ’ １ ． 海 军 驻上 海七 。 四所 军事 代表 室 ，上海 ２ ０ ０ ０ ３ ０
２ ． 上海船舶设备研究所 ， 上海
２ ０ ０ ０ ３ ０
摘 要 为 了验证特殊用途轴承在 实际使用条件 下的寿命 ， 设计 了一台轴承试验机。首先对 实际使用条件下的轴 承变形和应力进行 了有限元分析 ， 根据轴承应 力分布特点 ， 设计 了多种轴承试验机方案 ， 并对多种方案下的轴承应 力应 变 进行 了对 比 分析 ， 优 选 了应 力分 布与 实 际使 用 条件 相似 的轴 承试 验机 设 计方 案 。
关键词 轴承 ； 试验 机 ； 应力 ； 方案 中 图分 类号 Ｔ Ｈ Ｉ ３ 文献 标 识码 Ａ
文 章编 号
２ ０ ９ ５ — ６ ３ ６ ３（ ２ ０ １ ７ ）１ ６ － ０ ０ ６ ４ — ０ ２
表 １ 实际应 用 系统 中轴承 的应 力
滚 子侧 面受 力
滚 子最 大应 力
（ Ｍ Ｐ ａ）
内 圈最 大应 力
（ Ｍ Ｐ ａ）
上半 滚子
１ ８
０
０
１ ７ ．０
２ ３ ４ ３（ Ｍｉ ｓ ｅ Ｓ）
２ Ｏ ９ ３（ Ｍｉ Ｓ ｅ Ｓ）
下半 滚子
０ １ ０
４ １ ９ ４（ Ｈ ｅ ｒ ｔ Ｚ ）
（ Ｎ）
特 殊 用 途 轴 承 是 船 上 的 关键 设 备 之一 ， 其 寿 命 对 系统 的整 体 功 能有 重要 影 响 。为 了验 证轴 承在 实 际 使用 条 件 下 的寿 命 ， 需要搭 建轴 承 试验 机 ， 开 展轴 承 疲 劳寿 命 试验 研 究 。 为 了使 轴 承 试 验 机 的疲 劳 试 验 结 果 和 实 际使 用 寿 命 尽 可能 一致 ， 要求 试 验机 上 轴承 的受力 状态 与 实 际尽 可 能 保持 一 致 。 因此 ， 对 实 际使用 条件 下轴承 的受 力开 展 了详细有限元分析 ； 根 据 实 际状 态 下 轴 承 受 力 的特 点， 设计 了多种试 验机 方 案 ， 并分 别开 展 了有 限元 分析 。 通 过 多方 案 的对 比分析 ， 确 定 了和 实 际工 况 最相 似 的试 验 机方 案 。
作 者 简介 ： 薛红 军 ，海 军驻 上海 七 。四所 军 事代表 室。
李 玉稳 ，上海 船舶 设备 研 究所 。 夏 占，上 海船 舶设 备研 究 所 。
图 １ 双轮 试验 机 方案
赵 博 ，海军驻 上 海七 。 四所 军事 代表 室 。
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Байду номын сангаас
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７ 年第１ ６ 期
表 ２ 双轮 试验 机 系统 中轴 承的 应 力
滚 子最 大应 力
（ Ｍ Ｐ ａ）
内 圈最 大应 力
（ Ｍ Ｐ ａ）
上 半 滚子
３ ０ ９ ０
０ ｌ ２ ８ ７ ｌ
２ ４ ７ ４（ Ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ ）
２ ２ ２ ２（ Ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ ）
要 比实 际 工 况 大 得 多 。 因此 ，采 用 双 滑 轨 轮 试 验 机 方 案 ，并 确 定 了具 体 参 数 ，使 轴 承 运 行 情 况 与 实 际 ： 【 ： 况 相 似 。 试验 结 果 表 明 ，优 选 试 验 机 方 案 上 的轴 承 疲 劳 寿 命 与 实 际 使 用 寿 命 相 近 ，表 明 试 验 机 的 设 计 是 成
４ １ ５ ２（ Ｈ ｅ ｒ ｔ Ｚ ）
１ 轴 承及 系 统有 限 元模 型
１ ． １ 轴承有 限元模型 …
为 了提 高计 算 精 度 和 效 率 。前 后 建 了 多种 轴 承 模 型 。模型 全 部采 用 精度 较 高 的六面 体 网格 。为 了提 高接 触 应 力计 算 精度 ， 对 接 触 区域 进行 了分 区 ， 对 接 触 区域 网格 局 部加 密 ， 以提 高计 算精 度 和效 率 。建 立 的轴 承整 体 分 析模 型 、对 称分 析模 型 。
２ １ ０
１ ． ２ 实际应用 系统有 限元模 型
实 际应用 中 ， 轴 承 加 外套 ， 通 过 加载 杆 施加 载 荷 ， 并在 一个 槽 内滚 动 。载 荷 以表 面 力 的方 式施 加于 加 载杆
顶部 ，方 向垂 直 向下 ； 滚 动槽 的侧 面 位 移受 约 束 。为 了
详细 计 算轴 承 的载 荷 ， 设置了 ２ ０ ０多对 接触 副 。计 算得 到 的轴承 应 力见 表 １ 。
２ 轴 承试 验 机 方案 设计
２ ． １ 双 轮 试 验 机 方案 设 计 了双 轮 试验 机 ， 其 有 限元 模 型见 图 １ 。计 算 得 到 的 轴承 应 力 见表 ２ 。可 以看 出 ， 双 轮试 验 机 方 案 中 ， 滚子 最 大应 力 和 实 际工况 相 差约 ６ ％ ， 而 滚子 侧 向力 与 实 际情 况 有很 大 差异 。实 际运 行过 程 中 ，轴承 滚 子基 本 不 受侧 向力作 用 ， 而 双轮 试 验 机方 案 导致 相 当大 的滚 子侧 向力 ， 使滚 子运 行 不稳 定 ， 导致 早 期疲 劳失 效 。
下 半滚 子
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４ ４ ７ ４（ Ｈ ｅ ｒ ｔ Ｚ ）