滚针凸度修型对滚动轴承应力分析的影响

陆中央 程林 冯相永 胡斌

摘要：针对滚针凸度修型对滚动轴承应力分析的影响，以KIRD234021型滚动轴承为研究对象。首先，建立两种完整的有限元模型：滚子无凸度和滚子相切圆弧修型（中间直母线两端R弧修型）;其次，分别计算滚子无凸度和滚子相切圆弧修型（中间直母线L=5mm时两端圆弧半径R300mm～1000mm）时轴承内圈滚道应力云图。直母线长度L=5mm时，修型R弧半径在300mm～700mm时，滚针应力随R弧半径增大而降低，当R弧半径在700mm～1000mm时，滚针应力随R弧半径增大而增大，因此R弧半径约为700mm时滚针应力最小，此时对应滚针凸度值约为0.006mm。

关键词：仿真分析;滚动轴承;凸度修型; 中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2021）-06-361

0引言

圆柱滚子轴承主要应用于高强度、重负荷的工程设计中[1]。通常滚子在载荷作用下会压入套圈滚道一微小深度，使滚道在滚子端部外侧材料处于拉伸状态，滚子端部压应力将高于接触中心的应力，这种现象被称为“边缘效应”[2]。由于“边缘效应”的影响，滚动轴承的疲劳破坏常常过早地出现在滚子端部和滚道两侧，成为引起滚动轴承疲劳破坏的重要原因。自上世纪60年代以来边缘效应引起轴承过早疲劳失效的问题受到了各国学者的广泛重视，成为摩擦学研究的一个重要课题——即凸度设计[2]。凸度设计包含凸型设计和凸度量计算两部分，其中凸型研究是滚子凸度设计应用的基础[1]。滚子凸度一般包括 5种类型[1]，即： 直线型、圆弧半凸型、圆弧全凸型、修正线型和对数型。滚子凸度设计应使凸型曲线连续光滑，且其曲率变化应平缓[1]。

轴承模型

如图1-a、1-b、1-c所示分别为滚子直线型和相切圆弧修型模型。两个模型均利用CATIA软件建立三维数模，导入Nastran中的Sweep模块进行网格前处理，对其模型进行六面体网格划分，分别获得有限元模型节点数量286351、302542、单元数量86542、89627。

2.滾子相切圆弧修型时内圈滚道接触应力

图2所示为中间5mm长直母线，两端不同R弧修型内圈滚道接触应力云图。图2-a所示为L=5mm，R=300mm时内圈滚道应力云图，由图可知轴承滚道两侧的边缘有明显的应力集中。

图2-b所示为L=5mm，R=400mm时内圈滚道应力云图。由图可知滚道最大接触应力为1391 MPa，较图2-a略有降低，且应力集中带有上移的趋势，存在少量的偏载现象。

从图2-a到图2-e所示，内圈滚道最大接触应力值不断降低，由最高的1406 MPa到最低的1357MPa，应力集中带略有上移，存在少量的偏载现象。

由图2-e到图2-h所示，内圈滚道最大接触应力值不断上升，由最低的1357MPa上升到2886MPa，虽然应力值上升了，但应力集中现象有所缓解，几乎不存在偏载现象。

参考文献

[1]王世峰，段富宣，姚志国. 制造技术与机床[J]. 制造技术与机床，2018， （7）：91-92

[2]刘良勇，孙朝阳，张延彬.滚子不同修形母线接触应力分布对比[J]. 哈尔滨轴承，2015（1）：6-8

基金项目：2020年安徽省高等学校自然科学研究项目“基于KIRD234021-YA型滚针凸度修型及偏载对滚动轴承接触应力的影响”（YJY-2020-26）;

2）第一作者简介：陆中央（2002-），男，在校学生，专业方向：汽车零部件检测与维修技术;

3）通信作者简介：胡斌（1989-）， 男，讲师，硕士研究生，研究方向：车辆零部件设计与制造

滁州职业技术学院 机械与汽车工程学院 安徽 滁州 239000