圆锥滚子轴承因具有承载能力大、刚性好、可同时承受轴向与径向负荷、速度性能好等许多优点而被广泛应用于汽车、机床、铁路、矿山等各种机械设备中。圆锥滚子轴承是为某公司重点配套的产品，客户对轴承寿命有较高的要求，这就需要从设计、工艺上进行攻关。影响轴承寿命的因素很多，除了材料、热处理、制造加工、工装设备等，同轴承滚子-滚道凸型轮廓有很大的关系。进行凸度设计是减小应力集中、改善轴承寿命的一个重要手段。圆锥滚子轴承凸度设计包括凸型设计和凸度量设计，前者应尽量采用比较理想的凸型，而后者则取决于滚子载荷和长度。进行凸度设计，首先必须计算出滚子的最大触载荷，而设计结果是否合理，还需要通过对滚子和滚道的接触应力进行有限元分析来加以衡量，直至确定合理的套圈和滚子凸度量。
      轴承同时受径向力Fr和轴向力Fa的作用，需要对其极端工况进行分析。最恶劣的3种情形，如表1所示，其中α为轴承的接触角，ε为载荷分布系数，ϕ1为载荷角。极端的工况可能使轴承接触区域产生极大的应力，会加速轴承的疲劳破坏。对轴承滚子-滚道进行合理的凸度设计，可以减小这种的应力的影响。凸度量的大小可以通过仿真分析来判定其是否合理。
      根据表提供的数据，经过计算分析，这3种工况下，(Fr/Fa)tanα皆为0.8，ε皆为0.42886，ϕl皆为81.8182。以第1种工况为例，计算结果为：接触滚子个数为11颗(为总数的1/2)，最大滚子载荷为17.129 kN。具体结果参阅表以及图，其中D为轴承的外径，εD为载荷分布系数。
      从上面的分析来看，本产品的设计特征是：外载荷的变化尽可能保持(Fr/Fa)tanα的数值为常数，以保证各种工况下轴承的载荷角为定值，即：各种工况条件下，轴承承载滚子个数恒定，为滚子总数的1/2。
      通过以上工况条件分析，得到了轴承的载荷分布，选取最大的载荷Qmax作为设计载荷，进行凸度设计，并把凸度分配在滚子和套圈上，进行合理的匹配。设计原则是：①轴承接触应力应远远小于产生永久变形时的接触应力4.0 GPa；②轻载时滚子、滚道接触长度不小于滚子有效长度的70%，应有足够的承载长度；重载时不出现应力集中，防止轴承过早疲劳剥落。
      文献中认为存在一种滚子轮廓可以产生印痕为矩形的压力分布，这种轮廓符合一个对数方程。以滚子为例，其形状如图所示，由一段连续的特殊对数型曲线构成，图中a为曲线偏移量；滚道凸型与之类似。将轴承内、外圈以及滚子的凸度分为若干匹配等级，并在这几个等级中选取数种特征凸度匹配(见表3)，进而对各种匹配关系进行有限元分析。
      影响轴承接触应力分布的结构参数和工况参数见表4。表中：Lwe为滚子的有效长度；Dw为滚子大头直径；Dwl为滚子小头直径；Dwe为滚子中心直径；Z为滚子个数；α为轴承公称接触角；ϕ为滚子半锥角；β=α−2ϕ；Qmax为最大滚子载荷；Dpw为滚子节圆直径。利用这些参数，可对轴承接触应力进行计算。
      应用Hertz理论的计算结果作为参考，以判断滚子-滚道接触应力状况。
      以上是以工况条件1为例，得到承受最大载荷的滚子接触尺寸以及平均应力分析情况。
      针对上面凸度匹配中的几个级别特征匹配，进行有限元分析，以得到较为合理的凸度配合。凸度设计采用对数凸型，凸度量大小按照表3中的方案。以下依据特征凸度匹配对各种情况进行有限元分析，有限元模型如图3所示。
 

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