江蘇魯岳軸承制造有限公司專業生產耐高溫圓柱滾子軸承。雙列圓柱滾子軸承是礦用設備中關鍵傳動部件。通過三維仿真圖像，分析不同運行工況下軸承承載特性及疲勞壽命的變化趨勢。結果表明：工作載荷的增大會顯著 提高滾子與滾道間的最大接觸負載與最大接觸應力；隨著徑向工作游隙向正方向增大，最大接觸 負載以及最大接觸應力呈現出先減小后增大的趨勢， 軸承疲勞壽命呈現出先增大后減小的趨勢；存在特定游隙值，使軸承疲勞壽命達到最大值。

0 、引言

雙列圓柱滾子軸承具有結構緊湊、 剛性大、承載能力強、受負荷后變形小等優點，廣泛應用于各種煤礦設備中。軸承作為礦用機械傳動系統中較為 重要的部件，其承載能力以及疲勞壽命均為關鍵參數。因此，通過對軸承運轉特性的分析，為實際工作 提供合理指導，對提升整體系統工作可靠性具有重要意義。研究表明軸承的承載能力以及疲勞壽命很大程 度制約于工作載荷、轉速及工作游隙值。因此，本文主要針對煤礦設備中常用的雙列圓柱滾子軸承，研究不同工況下軸承的力學特性以及疲勞壽命。

1 、雙列圓柱滾子軸承分析模型建立

煤礦設備中使用的雙列圓柱滾子軸承有較強的承載能力，在設備中用以承擔徑向載荷，針對滾子軸 承的線接觸問題，一般采用近似或經驗公式求解其 彈性變形量

運轉中的圓柱滾子軸承通常存在游隙，承受徑向載荷時，內外圈會在外力方向上發生相對位移，使承載滾子與滾道間產生接觸變形。對于雙列圓柱 滾子軸承，承擔工作載荷時，可考慮將工作負荷平 均分配于兩列滾子上，單列滾子具體載荷分布如圖 1 所示。

0# 滾子的最大接觸變形量

根據幾何協調變形關系可以求得任意角位置 φj 處滾子與滾道的接觸變形量

建立軸承測試模型如圖 2 所示，其中左側軸承為待測圓柱滾子軸承，中間支撐軸承為 7019FY角接觸球軸承 ，右側支撐軸承 為 7016FY 角 接 觸球軸承。選取 4 種典型工況如表 1 所示，將其添加至測試模型中。兩支撐軸承通過左側軸肩約束，待測軸承徑向工作游隙量根據情況確定，支撐軸承軸向工作游隙量定為 0。

2、 仿真結果及分析

徑向工作游隙對承載滾子數的影響如圖 3 所 示。從圖 3 中可以看出，徑向工作游隙的變化對承載 滾子數有較大的影響，工況 1、2 和工況 3、4 條件下， 所有滾子均受載時的游隙值分別為-0.008 mm 和0.013 mm，當徑向工作游隙逐漸從負值增加到正值 時，承載滾子數先急劇下降，而后趨于穩定。

由式（5）、式（6）得出，內外滾道間接觸負載差值 僅為離心力值，因為所選取工況的轉速較低，離心力值較小，故僅針對內滾道進行分析即可。徑向工作 游隙對軸承內滾道最大接觸負載影響如圖 4 所示。從圖 4 中可以得出，徑向工作游隙對內滾道接觸負 載的影響較??；伴隨徑向工作游隙從-0.02 mm 增長 到 0.01 mm，內滾道最大接觸負載值呈現出先減小后 增大的趨勢，在工況 1、2 和工況 3、4 下，使接觸負載最 小的徑向工作游隙分別為-0.013 mm 和-0.008 mm， 此時軸承中所有滾子受載均勻，同時負游隙導致的 滾道變形處于一個合適的值。當軸承的外載荷變化 時，接觸負載最小值出現的位置也會相應發生變化。

內外滾道最大接觸應力變化趨勢如圖 5 所示， 從圖 5 可以看出，內滾道的最大接觸應力總大于外 滾道；伴隨徑向工作游隙值的增加，接觸應力呈現出 先減小后增大的趨勢，因為在軸承處于負游隙時，隨 著游隙值向正方向增大，負游隙導致的滾道變形量 減小，接觸應力隨之減小；在游隙值從負到正增加過 程中，承載滾子數逐漸減少，承載分布范圍減小，載 荷分布不均導致最大接觸應力增大。

三維仿真圖像 提 供 了 ISO 281 標 準 疲 勞 壽 命 、 ISO/TS 16281、Romax adjust 以及 Romax advanced等 幾種疲勞壽命計算標準，其中 三維仿真圖像是較為精確地考慮接觸應力的疲勞壽命計算方法。分析 中選 用 ISO VG 150 Mineral 潤 滑 油 ，工 作 溫 度 為 70 ℃，采用 Romax advanced 疲勞壽命理論，得到徑 向工作游隙對軸承疲勞壽命的影響如圖 6 所示。

對比分析工況 2 和工況 4，外載荷增加時，滾子 與滾道間接觸變形量劇增，接觸應力增加，顯著降低 軸承的使用壽命；對比工況 1 和工況 2，軸承轉速的 提升對疲勞壽命的影響有限；在所有工況條件下，伴 隨徑向工作游隙的增加，軸承壽命均呈現出先增大后 減小的趨勢，最長工作壽命出現在游隙值為-0.013 mm 和-0.008 mm 的位置，與前文分析的接觸負載以及 接觸應力最小值出現的位置一致，這也就印證了前 述分析：在某個特定的游隙值下，因載荷分布均勻， 接觸應力以及接觸負載減小，進而提高軸承的疲勞 壽命。

3 、結語

三維仿真圖像建立了雙列圓柱滾子軸 承力學行為及疲勞特性分析模型，得到以下結果：

（1）在軸承徑向工作游隙從負到正的變化過程 中，接觸滾子數減少，承載范圍縮小，最大接觸負載 及最大接觸應力先減小后增大，在特定游隙值下存 在最小值；（2）在不同的工況下，均存在特定徑向工作游 隙，使得軸承疲勞壽命達到最高值，在外載荷增大 時，最佳徑向工作游隙向負方向增大，為實際生產工 作提供了理論指導。