滚动轴承接触力理论计算与检测方法研究

Study on Theoretical Calculation and Test Method about Rolling Bearing Contact Force JI Ye，ZHANG Danwen
( Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang 471023, China ) Abstract：Load and stress distribution of rolling element on contact area is important influence on life and reliability of bear and the calculation and test research progress of contact force are analyzed systematically, a new method of rolling bearing contact force detection is provided. In order to provide the basis for the optimal design of bearing roller, a measurement system based on digital speckle method was designed, including roller positioning device, loading device and data acquisition and processing system. The strain distribution under different load conditions is obtained by the contact force test of a roller sample, and a new method is provided for bearing contact force distribution detection. Key words：rolling element；bear；DSCM
如高速铁路客车轴承、大功率风电轴承、中高 档轿车轴承、精密数控机床主轴轴承、大飞机 轴承、航天轴承，滚动轴承服役条件越来越苛 刻，动力学性能及可靠性亟待提高，直接影响 尖端工业技术发展。 通过对滚动轴承套圈和滚动体载荷分布计 算和检测，可以计算出轴承变形和接触应力，
收稿日期：2017－03－30 基金项目：洛阳市科技计划项目（1401018A） 作者简介：季晔（1982－），男，江苏大丰人，博士，讲师，主要研究方向为滚动轴承基础理论。
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该方法在定义域的边界上划分单元，用满 足控制方程的函数去逼近边界，利用问题的基 本解建立边界积分方程，已在很多接触分析中 得到应用、包括接触应力求解、断裂机理解析 等方面。 文献[6]通过边界元法和赫兹接触理论相结 合研究了四列圆锥轴承接触问题。文献[7]利用 三维弹性边界元法求解了轧机中的四列圆锥滚 子轴承的载荷分布。 通过上述文献可以发现，该方法对接触区 进行降维处理，问题得到了简化，计算效率有 所提高，求解难度则降低，但也存在解的奇异 性和非线性问题有待进一步完善等问题。 （3）有限元法 该方法是将待求解区域离散为有限个连续 单元，单元形状可设定，通过插值等数学计算 方法求解力学、热学等方面的问题，可以解决 复杂结构的应力、应变问题，结合计算机运算 速度优势，为解决各种复杂的接触问题提供了 可能。 文献[8]考虑了支撑结构柔度和材料塑性变 形， 利用有限元法计算了转盘轴承的接触应力。 文献[9]综合考虑径向载荷及转速，研究了深沟 球轴承的位移、速度、加速度及滚动体应力。 文献[10]研究了轴承倾斜时， 圆柱滚子轴承动态 接触特征。 有限元法是目前工程领域应用最为广泛的 数值计算方法，主要用于结构体的静力学、动 力学、热分析等。 理论计算可以指导轴承产品设计，是衡量 产品安全性的重要依据，在轴承设计时接触力 是需要重点考虑的， 但很多实际工况难以考虑。 如理论计算对滚子修型的影响不易计算，对于 微米级误差和表面粗糙度的影响更是难以分 析，数学模型建立非常困难。
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设计与研究
机械
（2）边界元法
2017 年第 11 期 第 44 卷
其中最大滚动体负荷直接影响轴承系统的疲劳 寿命。设备中的轴承在正常运转时，滚动体往 往处于交变应力的作用下，载荷在远远低于屈 服极限的条件下，也会引起突然的断裂，且出 现事故前并无显著的塑性变形。对于机械零件 来说，最大切应力并非发生在表面层而是次表 面层，在这个区域由于存在较多的非金属夹杂 物和粗大碳化物，容易出现微裂纹，裂纹一旦 形成，极易发生扩展，导致剥落，造成零件失 效
滚动轴承是一种精密的机械基础件，具有 通用化、标准化、系列化等特点，其性能直接 影响机械装备的可靠性及稳定性。轴承工业的 发展水平体现在设计、制造及检测等方面，是 衡量一个国家工业发展水平的重要指标。我国 轴承工业技术水平与国外相比，仍有不小的差 距， 尤其是随着重点主机配套轴承的市场发展， ———————————————
机械
2017 年第 11 期 第 44 卷
设计与研究
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滚动轴承接触力理论计算与 检测方法研究
季晔，张旦闻
（洛阳理工学院，河南 洛阳 471023） 摘要：阐述了滚动体接触区载荷分布与应力变化趋势对轴承寿命及可靠性影响的重要性，分析了滚动轴 承接触力计算与试验研究进展。为了给轴承滚子优化设计提供依据，设计了一种以数字散斑相关方法 （DSCM）为依据的测量系统，包括滚子定位装置、加载装置和数据采集、处理系统。对某滚子试样进行 接触力检测，得到了不同载荷条件下滚子应变分布，为轴承接触力分布检测提供了新方法。 关键词：滚动体；轴承；DSCM 中图分类号：TH133.33 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.11.006 文章编号：1006－0316 (2017) 11－0023－04