基于Romax的交叉圆柱滚子回转支承寿命分析
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随着轴向载荷的增加， 接触应力增大， 油膜厚度最小值减小， 寿命降低， 存在一最佳轴向载荷使得回转支承满足使用
寿命要求； 径向工作游隙由负值增加到正值时， 接触应力先减小后趋于稳定， 油膜厚度最小值在一定区间处于稳定状
态， 寿命先增大后趋于稳定最后减小， 存在一满足回转支承使用寿命要求的最佳径向工作游隙； 随着工作温度的升
ｔｈｅｎ ｔｅｎｄｓ ｔｏ ｂｅ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｒａｄｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｒｅｑｕｉｒｅ⁃
ｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ，ｔｈｅ ｌｉｆｅ ｉｓ ｓｔａ⁃
余
单位：％
Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＧＣｒ１５ Ｕｎｉｔ：％
Ｓｉ
Ｆｅ
１．０２ ０．３ ０．２５ 余
Ｃｒ
Ｎｉ
Ｓ
Ｐ
Ｃｕ
Ｍｏ
Ａｌ
１．５０ ０．０６ ０．００５ ０．０１１ ０．１０ ０．０２ ０．０３
表 ４ ４２ＧｒＭｏ 和 ＧＣｒ１５ 钢力学性能
材料
４２ＧｒＭｏ
２０２１ 年 ５ 月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
第 ４６ 卷 第 ５ 期
Ｍａｙ ２０２１
Ｖｏｌ ４６ Ｎｏ ５
ＤＯＩ： １０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ ０２５４－０１５０ ２０２１ ０５ ００７
文献引用： 潘星宇，程敖，唐义清，等．基于 Ｒｏｍａｘ 的交叉圆柱滚子回转支承寿命分析［ Ｊ］ ．润滑与密封，２０２１，４６（５） ：４１－４７．
ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ
ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
ＧＣｒ１５
Ｔａｂｌｅ ４ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ４２ＧｒＭｏ ａｎｄ ＧＣｒ１５ ｓｔｅｅｌ
弹性模量 Ｅ ／ ＧＰａ
泊松比
２０１
０．２７７
２１０
０．２８１
热膨胀系数 β ／ （１０ ℃ ）
密度 ρ ／ （ ｋｇ·ｍ ）
抗拉强度 σ ｂ ／ ＭＰａ
屈服强度 σ ｓ ／ ＭＰａ
ｓｚｊｊ２０１６⁃０１０） ； 西华大学研究生创新基金项目 （ ｙｃｊｊ２０１８０３１） ．
收稿日期： ２０２０－０５－１９； 修回日期： ２０２０－０６－０７
作者简介： 潘星宇 （１９９６—）， 男， 硕士研究生， 研究方向为摩擦磨损． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ８６４６６７８７２＠ ｑｑ ｃｏｍ．
通信作者： 董霖 （１９７３—）， 男， 博士， 教授， 主要研究方向为摩擦学． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｄｏｎｇｌｉｎ１１７２３＠ ｍａｉｌ １６３ ｃｏｍ．
ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ Ｒｏｍａｘ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ Ｒｏａｍｘ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓ，ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋ⁃
ｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄｓ，ｒａｄｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
高， 油膜厚度逐渐减小， 寿命开始时保持稳定但随着温度的继续升高寿命开始降低， 存在一最小油膜厚度使得回转支
承满足使用寿命要求。
关键词： 交叉圆柱滚子； 回转支承； 油膜厚度； 寿命； 径向工作游隙
中图分类号： ＴＨ２１８
Ｌｉｆｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｒｏｓｓｅｄ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｒｏｌｌｅｒ Ｓｌｅｗｉｎｇ
４２
第 ４６ 卷
润滑与密封
回转支承是一种能够承受综合载荷的大型轴承，
可同时承载轴向、 径向载荷以及倾覆力矩， 在现实工
业中应用很广泛， 主要应用在船舶设备、 工程机械、
轻工机械、 冶金机械、 医疗机械、 工业机械等行业。
随着相关产业的发展， 不同的行业对回转支承提出不
同的要求， 目前国内外学者已对回转支承寿命进行了
基于 Ｒｏｍａｘ 的交叉圆柱滚子回转支承寿命分析 ∗
潘星宇１，２，３ 程 敖１，２，３ 唐义清１，２，３ 雷 元１，２，３ 董 霖１，２，３ 李建方４ 何文俊４
（１ 西华大学现代农业装备研究院 四川成都 ６１００３９； ２ 西华大学机械工程学院 四川成都 ６１００３９；
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ；ｓｌｅｗｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ； ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ； ｌｉｆｅ； ｒａｄｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ
∗基金项目： 国家重点研发项目 （２０１６ＹＦＤ０７００４０１） ； 流体及动力机械教育部重点实验室研究基金项目 （ 西华大学， ＪＹＢＦＸ⁃ＹＱ⁃１，
２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００３９，Ｃｈｉｎａ；
３ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｘｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ
ｂｌｅ ａｔ ｔｈｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ，ｂｕｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｍｉｎｉｍｕｍ ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｔｈａｔ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ
ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
化学成分及力学性能 ［８］ 分别如表 ２—４ 所示。
表 ２ ４２ＧｒＭｏ 化学成分
Ｃ
０．４５
单位：％
Ｔａｂｌｅ ２ ４２ＧｒＭｏ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｓｉ
Ｍｎ
０．３７
０．８
Ｐ
０．０３
Ｃｒ
１．１
Ｎｉ
０．０３
Ｃｕ
０．０３
Ｍｏ
Ｍｎ
Ｆｅ
０．２２
表 ３ ＧＣｒ１５ 化学成分
Ｃ
Ｕｎｉｔ：％
Ｃｉｔｅ ａｓ：ＰＡＮ Ｘｉｎｇｙｕ，ＣＨＥＮＧ Ａｏ，ＴＡＮＧ Ｙｉｑｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｌｉｆｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｒｏｓｓｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｓｌｅｗｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒｏｍａｘ［ Ｊ］ ．Ｌｕｂｒｉ⁃
ｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，４６（５） ：４１－４７．
大时修正滚子回转支承寿命高于圆柱滚子回转支承寿
命。 ＤＩＮＧ 等 ［３］ 提 出 了 由 多 源 优 化 变 分 模 分 解
（ ＭＳＯＶＤ） 生成的高维模态信号组 （ ＨＤＭＳＧ）， 对回
转轴承的退化和损伤信号进行了测试， 并对回转支承
寿命进行预测。 ＬＩ 等［４］ 提出了一种识别回转轴承寿命
状态的改进方法， 在自制的回转轴承全寿命试验平台
目前对回转支承的研究主要集中在对回转支承的
理论计算或利用有限元建模分析回转支承在系统中的
接触应力、 轴承寿命、 倾覆力矩等方面， 而研究回转
支承在不同轴向载荷、 径向工作游隙、 工作温度下接
触应力及油膜厚度的变化规律， 以揭示其寿命变化原
因等方面的研究比较少见。 本文作者利用 Ｒｏｍａｘ 软
件对回转支承进行系统性的分析， 研究回转支承在不
表 １ 无齿式交叉圆柱滚子回转支承参数
Ｔａｂｌｅ １ Ｒｏｔａｒｙ ｂｅａｒｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ
ｔｏｏｔｈｌｅｓｓ ｃｒｏｓｓ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒｓ
参数
数值
轴承孔径 ｄ ／ ｍｍ
１ １５０
轴承总宽度 Ｔ ／ ｍｍ
１１５
轴承外径 Ｄ ／ ｍｍ
轴承内圈宽度 Ｂ ／ ｍｍ
３ 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室 四川成都 ６１００３９；
４ 四方非标轴承有限公司 四川成都 ６１０３００）
摘要： 为了研究交叉圆柱滚子回转支承的寿命， 利用 Ｒｏｍａｘ 对其实际工况进行模拟， 在 Ｒｏａｍｘ 软件中建立仿真
模型， 研究回转支承在不同的加载、 径向工作游隙、 工作温度下的接触应力、 油膜厚度、 寿命变化情况。 结果表明：
Ｂｅａｒｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒｏｍａｘ
ＰＡＮ Ｘｉｎｇｙｕ １，２，３ ＣＨＥＮＧ Ａｏ １，２，３ ＴＡＮＧ Ｙｉｑｉｎｇ １，２，３ ＬＥＩ Ｙｕａｎ １，２，３
ＤＯＮＧ Ｌｉｎ １，２，３ ＬＩ Ｊｉａｎｆａｎｇ ４ ＨＥ Ｗｅｎｊｕｎ ４
（１ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｘｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００３９，Ｃｈｉｎａ；
上进行了回转轴承全寿命试验， 验证了该方法的有效
性。 吴建伟等［５］ 利用 Ｒｏｍａｘ 软件建立了风电齿轮箱传
动系统模型， 并对轴承寿命进行计算， 发现了风电轴
承的潜在薄弱环节并进行了优化。 付大鹏和褚加瑞［６］
利用 Ｒｏｍａｘ 软件研究了游隙对主轴内外圈接触应力的
影响， 发现游隙的绝对值越大接触应力也越大。
同的加载、 径向工作游隙、 工作温度下的接触应力、
油膜厚度、 寿命变化情况， 对回转支承的研究设计具
有重要意义。
１ 模型建立与分析
１ １ 回转支承参数
文中研究对象为交叉圆柱滚子回转支承， 具体结
构如图 １ 所示， 具体参数如表 １ 所示 ［７］ 。
图 １ 无齿式交叉圆柱滚子回转支承
Ｆｉｇ １ Ｔｏｏｔｈｌｅｓｓ ｃｒｏｓｓ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｓｌｅｗｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ
广泛研究， 并取得了不少的成果。 ＢＡＯ 等 ［１］ 基于回
转轴承的振动信号， 提出了一种基于流形学习和模糊
支持向量回归 （ ＳＶＲ） 的轴承寿命预测方法。 高永祥
和尹显明 ［２］ 针对 ２ 种不同类型滚子， 研究大型三排柱
回转支承承载及疲劳寿命， 发现载荷较小时圆柱滚子
回转支承寿命高于修正滚子回转支承寿命， 在载荷较
轴承外圈宽度 Ｃ ／ ｍｍ
参数
滚子数 Ｚ ／ 个
数值
１２８
１ ５７５
滚子节圆直径 Ｄｐｗ ／ ｍｍ
１ ３７０
１００
滚子总长度 ｌ ｅ ／ ｍｍ
３１．５
１００
滚子直径 ｄ ｗ ／ ｍｍ
３２
滚子倒角半径 ｒ ／ ｍｍ
０．５
根据相关回转支承轴承生产公司数据， 回转支承
的内外圈材料为 ４２ＧｒＭｏ， 滚子材料为 ＧＣｒ１５， 具体
１１．５
６１００３９，Ｃｈｉｎａ；４ Ｓｉｆａｎｇｆｅｉｂｉａｏ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１０３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ，ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗａｓ
Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒａｄｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｖａｌｕｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｆｉｒｓｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ
ｔｈｅｎ ｔｅｎｄｓ ｔｏ ｂｅ ｓｔａｂｌｅ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｎｇｅ，ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｉｓ ｆｉｒｓｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ
寿命要求； 径向工作游隙由负值增加到正值时， 接触应力先减小后趋于稳定， 油膜厚度最小值在一定区间处于稳定状
态， 寿命先增大后趋于稳定最后减小， 存在一满足回转支承使用寿命要求的最佳径向工作游隙； 随着工作温度的升
ｔｈｅｎ ｔｅｎｄｓ ｔｏ ｂｅ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｒａｄｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｒｅｑｕｉｒｅ⁃
ｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ，ｔｈｅ ｌｉｆｅ ｉｓ ｓｔａ⁃
余
单位：％
Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＧＣｒ１５ Ｕｎｉｔ：％
Ｓｉ
Ｆｅ
１．０２ ０．３ ０．２５ 余
Ｃｒ
Ｎｉ
Ｓ
Ｐ
Ｃｕ
Ｍｏ
Ａｌ
１．５０ ０．０６ ０．００５ ０．０１１ ０．１０ ０．０２ ０．０３
表 ４ ４２ＧｒＭｏ 和 ＧＣｒ１５ 钢力学性能
材料
４２ＧｒＭｏ
２０２１ 年 ５ 月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
第 ４６ 卷 第 ５ 期
Ｍａｙ ２０２１
Ｖｏｌ ４６ Ｎｏ ５
ＤＯＩ： １０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ ０２５４－０１５０ ２０２１ ０５ ００７
文献引用： 潘星宇，程敖，唐义清，等．基于 Ｒｏｍａｘ 的交叉圆柱滚子回转支承寿命分析［ Ｊ］ ．润滑与密封，２０２１，４６（５） ：４１－４７．
ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ
ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
ＧＣｒ１５
Ｔａｂｌｅ ４ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ４２ＧｒＭｏ ａｎｄ ＧＣｒ１５ ｓｔｅｅｌ
弹性模量 Ｅ ／ ＧＰａ
泊松比
２０１
０．２７７
２１０
０．２８１
热膨胀系数 β ／ （１０ ℃ ）
密度 ρ ／ （ ｋｇ·ｍ ）
抗拉强度 σ ｂ ／ ＭＰａ
屈服强度 σ ｓ ／ ＭＰａ
ｓｚｊｊ２０１６⁃０１０） ； 西华大学研究生创新基金项目 （ ｙｃｊｊ２０１８０３１） ．
收稿日期： ２０２０－０５－１９； 修回日期： ２０２０－０６－０７
作者简介： 潘星宇 （１９９６—）， 男， 硕士研究生， 研究方向为摩擦磨损． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ８６４６６７８７２＠ ｑｑ ｃｏｍ．
通信作者： 董霖 （１９７３—）， 男， 博士， 教授， 主要研究方向为摩擦学． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｄｏｎｇｌｉｎ１１７２３＠ ｍａｉｌ １６３ ｃｏｍ．
ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ Ｒｏｍａｘ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ Ｒｏａｍｘ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓ，ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋ⁃
ｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄｓ，ｒａｄｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
高， 油膜厚度逐渐减小， 寿命开始时保持稳定但随着温度的继续升高寿命开始降低， 存在一最小油膜厚度使得回转支
承满足使用寿命要求。
关键词： 交叉圆柱滚子； 回转支承； 油膜厚度； 寿命； 径向工作游隙
中图分类号： ＴＨ２１８
Ｌｉｆｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｒｏｓｓｅｄ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｒｏｌｌｅｒ Ｓｌｅｗｉｎｇ
４２
第 ４６ 卷
润滑与密封
回转支承是一种能够承受综合载荷的大型轴承，
可同时承载轴向、 径向载荷以及倾覆力矩， 在现实工
业中应用很广泛， 主要应用在船舶设备、 工程机械、
轻工机械、 冶金机械、 医疗机械、 工业机械等行业。
随着相关产业的发展， 不同的行业对回转支承提出不
同的要求， 目前国内外学者已对回转支承寿命进行了
基于 Ｒｏｍａｘ 的交叉圆柱滚子回转支承寿命分析 ∗
潘星宇１，２，３ 程 敖１，２，３ 唐义清１，２，３ 雷 元１，２，３ 董 霖１，２，３ 李建方４ 何文俊４
（１ 西华大学现代农业装备研究院 四川成都 ６１００３９； ２ 西华大学机械工程学院 四川成都 ６１００３９；
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ；ｓｌｅｗｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ； ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ； ｌｉｆｅ； ｒａｄｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ
∗基金项目： 国家重点研发项目 （２０１６ＹＦＤ０７００４０１） ； 流体及动力机械教育部重点实验室研究基金项目 （ 西华大学， ＪＹＢＦＸ⁃ＹＱ⁃１，
２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００３９，Ｃｈｉｎａ；
３ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｘｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ
ｂｌｅ ａｔ ｔｈｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ，ｂｕｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｍｉｎｉｍｕｍ ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｔｈａｔ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ
ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
化学成分及力学性能 ［８］ 分别如表 ２—４ 所示。
表 ２ ４２ＧｒＭｏ 化学成分
Ｃ
０．４５
单位：％
Ｔａｂｌｅ ２ ４２ＧｒＭｏ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｓｉ
Ｍｎ
０．３７
０．８
Ｐ
０．０３
Ｃｒ
１．１
Ｎｉ
０．０３
Ｃｕ
０．０３
Ｍｏ
Ｍｎ
Ｆｅ
０．２２
表 ３ ＧＣｒ１５ 化学成分
Ｃ
Ｕｎｉｔ：％
Ｃｉｔｅ ａｓ：ＰＡＮ Ｘｉｎｇｙｕ，ＣＨＥＮＧ Ａｏ，ＴＡＮＧ Ｙｉｑｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｌｉｆｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｒｏｓｓｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｓｌｅｗｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒｏｍａｘ［ Ｊ］ ．Ｌｕｂｒｉ⁃
ｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，４６（５） ：４１－４７．
大时修正滚子回转支承寿命高于圆柱滚子回转支承寿
命。 ＤＩＮＧ 等 ［３］ 提 出 了 由 多 源 优 化 变 分 模 分 解
（ ＭＳＯＶＤ） 生成的高维模态信号组 （ ＨＤＭＳＧ）， 对回
转轴承的退化和损伤信号进行了测试， 并对回转支承
寿命进行预测。 ＬＩ 等［４］ 提出了一种识别回转轴承寿命
状态的改进方法， 在自制的回转轴承全寿命试验平台
目前对回转支承的研究主要集中在对回转支承的
理论计算或利用有限元建模分析回转支承在系统中的
接触应力、 轴承寿命、 倾覆力矩等方面， 而研究回转
支承在不同轴向载荷、 径向工作游隙、 工作温度下接
触应力及油膜厚度的变化规律， 以揭示其寿命变化原
因等方面的研究比较少见。 本文作者利用 Ｒｏｍａｘ 软
件对回转支承进行系统性的分析， 研究回转支承在不
表 １ 无齿式交叉圆柱滚子回转支承参数
Ｔａｂｌｅ １ Ｒｏｔａｒｙ ｂｅａｒｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ
ｔｏｏｔｈｌｅｓｓ ｃｒｏｓｓ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒｓ
参数
数值
轴承孔径 ｄ ／ ｍｍ
１ １５０
轴承总宽度 Ｔ ／ ｍｍ
１１５
轴承外径 Ｄ ／ ｍｍ
轴承内圈宽度 Ｂ ／ ｍｍ
３ 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室 四川成都 ６１００３９；
４ 四方非标轴承有限公司 四川成都 ６１０３００）
摘要： 为了研究交叉圆柱滚子回转支承的寿命， 利用 Ｒｏｍａｘ 对其实际工况进行模拟， 在 Ｒｏａｍｘ 软件中建立仿真
模型， 研究回转支承在不同的加载、 径向工作游隙、 工作温度下的接触应力、 油膜厚度、 寿命变化情况。 结果表明：
Ｂｅａｒｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒｏｍａｘ
ＰＡＮ Ｘｉｎｇｙｕ １，２，３ ＣＨＥＮＧ Ａｏ １，２，３ ＴＡＮＧ Ｙｉｑｉｎｇ １，２，３ ＬＥＩ Ｙｕａｎ １，２，３
ＤＯＮＧ Ｌｉｎ １，２，３ ＬＩ Ｊｉａｎｆａｎｇ ４ ＨＥ Ｗｅｎｊｕｎ ４
（１ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｘｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００３９，Ｃｈｉｎａ；
上进行了回转轴承全寿命试验， 验证了该方法的有效
性。 吴建伟等［５］ 利用 Ｒｏｍａｘ 软件建立了风电齿轮箱传
动系统模型， 并对轴承寿命进行计算， 发现了风电轴
承的潜在薄弱环节并进行了优化。 付大鹏和褚加瑞［６］
利用 Ｒｏｍａｘ 软件研究了游隙对主轴内外圈接触应力的
影响， 发现游隙的绝对值越大接触应力也越大。
同的加载、 径向工作游隙、 工作温度下的接触应力、
油膜厚度、 寿命变化情况， 对回转支承的研究设计具
有重要意义。
１ 模型建立与分析
１ １ 回转支承参数
文中研究对象为交叉圆柱滚子回转支承， 具体结
构如图 １ 所示， 具体参数如表 １ 所示 ［７］ 。
图 １ 无齿式交叉圆柱滚子回转支承
Ｆｉｇ １ Ｔｏｏｔｈｌｅｓｓ ｃｒｏｓｓ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｓｌｅｗｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ
广泛研究， 并取得了不少的成果。 ＢＡＯ 等 ［１］ 基于回
转轴承的振动信号， 提出了一种基于流形学习和模糊
支持向量回归 （ ＳＶＲ） 的轴承寿命预测方法。 高永祥
和尹显明 ［２］ 针对 ２ 种不同类型滚子， 研究大型三排柱
回转支承承载及疲劳寿命， 发现载荷较小时圆柱滚子
回转支承寿命高于修正滚子回转支承寿命， 在载荷较
轴承外圈宽度 Ｃ ／ ｍｍ
参数
滚子数 Ｚ ／ 个
数值
１２８
１ ５７５
滚子节圆直径 Ｄｐｗ ／ ｍｍ
１ ３７０
１００
滚子总长度 ｌ ｅ ／ ｍｍ
３１．５
１００
滚子直径 ｄ ｗ ／ ｍｍ
３２
滚子倒角半径 ｒ ／ ｍｍ
０．５
根据相关回转支承轴承生产公司数据， 回转支承
的内外圈材料为 ４２ＧｒＭｏ， 滚子材料为 ＧＣｒ１５， 具体
１１．５
６１００３９，Ｃｈｉｎａ；４ Ｓｉｆａｎｇｆｅｉｂｉａｏ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１０３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｒｏｌｌｅｒ ｓｌｅｗｉｎｇ ｒｉｎｇ，ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗａｓ
Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒａｄｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｖａｌｕｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｆｉｒｓｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ
ｔｈｅｎ ｔｅｎｄｓ ｔｏ ｂｅ ｓｔａｂｌｅ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｏｉｌ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｎｇｅ，ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｉｓ ｆｉｒｓｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ