修形圓錐滾子軸承的接觸力學和振動特性研究及應用.pdf

1、滾動軸承的振動和噪聲影響軸承的工作性能和產品質量，是軸承重要的質量評價參數，已上升為第一重要的質量指標。圓錐滾子軸承振動的影響因素眾多，圓錐滾子修形是其中的主要因素之一。圓錐滾子的修形設計作為消除接觸副的“邊緣效應”、提高滾動軸承壽命的有效途徑，在圓錐滾子軸承設計中有著重要的地位，然而關于其對軸承振動影響的研究進展緩慢。鑒于此，本文基于國家標準規(guī)定的滾動軸承振動測量方法，從理論和實踐上對滾子修形狀態(tài)下圓錐滾子軸承的振動進行了研究，為軸承

2、的減振降噪、滾子的修形設計提供了理論指導。
　　基于經典的Hertz彈性接觸理論，根據影響系數法研究了不同修形滾子和滾道接觸副在不同工況下的接觸應力和變形情況，驗證了對數修形曲線具有較優(yōu)應力分布特性的結論。為了快速計算接觸變形量，提高動力學特性分析的效率，本文在彈性接觸問題數值算法的基礎上，提出了一種新的修形滾子-滾道接觸副的接觸變形計算方法——數據擬合方法，分別給出了包含滾子尺寸參數、修形參數及載荷參數直母線滾子、圓弧修形滾子和

3、對數修形滾子與滾道間的接觸變形經驗公式。
　　綜合考慮Hertz彈性接觸理論和彈流潤滑理論，本文建立了修形圓錐滾子和滾道接觸副的等效剛度和阻尼分析模型；在修形圓錐滾子軸承的負荷分布分析的基礎上，基于剛度和阻尼分解的計算方法，建立了修形圓錐滾子軸承軸向和徑向等效剛度和等效阻尼的分析模型；基于上述分析模型，分別研究了圓錐滾子修形和工況條件對接觸副力學特性的影響、對負荷分布的影響以及對軸承接觸力學特性的影響。
　　在接觸力學特性分

4、析的基礎上，本文基于接觸力學方法建立了測振狀態(tài)下全面考慮潤滑因素及滾子離心力作用的修形圓錐滾子軸承系統(tǒng)的非線性動力學模型，以及劃傷、雜質、波紋度和粗糙度等缺陷的內部激勵函數模型，從理論上對修形圓錐滾子軸承的振動機理和振動水平進行有效的分析和評價。以國家標準中規(guī)定的軸承振動加速度級和波峰因數作為振動水平的評價指標，仿真分析了圓錐滾子的修形形狀、修形參數以及工況條件對軸承振動水平的影響，并使用專用的軸承振動測量儀進行了實驗驗證。
　　

5、為了對現(xiàn)階段的滾子修形設計提供理論依據和參考，本文針對具有較優(yōu)接觸力學性能的對數修形曲線，綜合考慮軸承的振動水平、疲勞壽命及接觸副的接觸應力分布，分別研究了輕載和重載工況下圓錐滾子修形的優(yōu)化設計方法，其中輕載工況以降低軸承振動水平為優(yōu)化目標，重載工況則以提高軸承的疲勞壽命為優(yōu)化目標。為了適應工程應用的需要，基于本文提出的滾子修形設計方法進行了多種不同型號圓錐滾子的對數修形設計，得到了滾子母線上四個測量點處的最佳修形量及公差的計算公式，同