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专业领域：各种机械零件的强度检查和接触分析；轴承齿轮的各种分析；寿命，接触应力以及AT曼铂，AM，主锥，后轴等的预紧力分析。等等。

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1简介

对于机械性能分析是轧制轴承分析的基本内容，主要问题是其接触应力和变形的计算，轧辊轴承也不例外。在静载荷下，圆柱滚子轴承圈的滚道与滚动元件之间的接触表面将扩展为矩形表面，圆锥滚子轴承由于内，外侧面的接触角不同，滚道与加载后的滚动体表面将扩展为梯形表面。对圆柱滚子轴承静态接触特性分析的研究考虑了空心度，凸度，滚子挠度等因素的相对综合，而对圆锥滚子轴承的这些方面的研究相对较小，因此本文将着重分析超零即将来临的高速球磨机轴承 -32216圆锥滚子轴承主要通过接触特性，如静载荷下的接触应力和变形，来分析旋转机械中辊子的基本机械性能轴承，并为动态分析提供比较和参考。性能。

2圆锥滚子轴承的结构尺寸，受力分析和载荷分布

单排圆锥滚子轴承通常由内圈和外圈，滚动元件和保持架组成。内圈和一组圆锥滚子被包裹起来以形成内圈组件，该组件可以同时承受轴向和径向载荷的组合作用，而无需考虑笼形保持架。静态力学性能分析的内部结构如下图1所示：

图1圆锥滚子轴承内部结构图

滚动载荷轴承通过滚动元件从一个套圈转移到另一套圈，反之亦然。在圆锥滚子轴承中，作为滚动体的圆锥滚子将受到内，外滚道和导向大肋所施加的三个接触力的影响，即滚子环滚道，保持边缘载荷的滚子内圈。比力情况如图2所示，轴承载荷分布图如图3所示：

图2单个圆锥滚子的受力图

图3轴承负载分布图

3基于ANSYS的单辊轴承接触特性分析

以滚子1/2对称模型，即单滚子环三维模型为研究对象。在静态分析中，未对保持架进行建模，但考虑了其对滚动元件的约束。忽略轴承结构中的舍入和倒角等次要因素，可以减少计算机的运行时间并提高效率。采用SOLID185单位类型，材料为轴承钢，内外圈与滚子的泊松比为0.3，弹性模量为2.07E05MPa，摩擦系数为0.] 005。滚子和套圈都被分为六面体网格，并且在滚子和滚道之间的接触线处对网格进行了细化，以提高计算精度。建立的有限元模型如图所示：

图4圆锥滚子轴承有限元模型

图5滚子环触点对

图6边界条件和载荷

从图4的有限元模型可以看出，接触对存在于圆锥滚子轴承的内圈和外圈与滚动元件之间，并在滚道上成线接触，并扩展为梯形压缩后的表面。在接触分析中，接触面的网格划分和接触子元素选项的设置非常重要。采用“表面-表面”接触类型，将滚动元件用作刚性目标表面，并使用Targe170元件模拟内圈。外圈的表面和内表面是柔性接触表面，由Conta174单元模拟。内圈和外圈的正常接触系数FKN设置为1和1.2，渗透公差系数FTORN为0.1，初始闭合系数ICONT为0.001和0.005，其他实常数采用默认值，生成的触点对如图5所示。在执行有限元解决方案之前，将整个轴承系统的轴设置为Y方向，并考虑[轴承在实际工作条件下，边界条件约束和模型的施加载荷如下：内套圈：大，小的端面位移约束UY = 0，对称边界约束UZ = 0施加在截面上；耦合内表面节点在径向和圆周方向上具有自由度，以形成刚性区域以避免应力集中。在与内圈内表面和接触线相对应的31个节点上施加径向载荷； b。外圈：外表面位移约束UX = 0，UY = 0，UZ = 0以模拟轴承阀座的刚性约束，并且在圆柱坐标系中，对称约束施加在c截面上。滚动体：在圆柱坐标系中，对称约束施加在中间对称平面上，轴向位移约束施加在滚子的两个端面上，以模拟保持架作用的约束；

3.1kN〜18.6kN的集中载荷施加到圆锥滚子轴承内圈的内表面，并且载荷均匀地分布到与该圈和内圈接触线相对的31个节点上。滚轴。具有载荷和边界条件约束的轴承有限元模型如图6所示。取滚子与滚道之间接触线的中点，以获得在不同径向外部载荷下模型的有限元分析值。在Matlab软件中计算理论计算值，误差率定义为（｜有限元值－理论值｜ /理论值）×100％，结果示于表1和表2：

从表1的比较分析中可以看出轴承相关小结，对于滚道与滚动元件之间的弹性变形的计算，由于三维模拟接触模型不是理想的线接触，因此采用有限元方法与传统方法相比，理论方法的结果存在一定程度的误差，但对弹性变形随载荷的趋势的描述是准确的，具有一定的参考意义。从表2的比较分析可以看出，轴承接触应力的有限元和理论计算之间的最大误差为1 1.3％，直观的图形表示如图7所示。该模型对于分析单个滚子的接触应力轴承更为准确，并且精度也足够。

图7计算单滚子轴承滚道的接触应力

4基于ANSYS的空心圆锥滚子轴承接触特性分析

选择空心度为30％〜90％的圆锥滚子轴承作为研究对象，并对圆锥滚子轴承的空心度进行探索性研究。有限元模型分别如图所示。以中空圆锥滚子轴承有限元模型为例，以不同载荷条件下内圈的弹性变形和接触应力为例曼铂，计算不同载荷条件下内圈的弹性变形和接触应力，并对不同的载荷进行比较和分析。空心率和载荷对。弹性变形和接触应力的影响规律如图8、图9所示：

图8不同空心度圆锥滚子轴承的弹性变形图9不同空心度圆锥滚子轴承的接触应力值

为了更直观地了解空心率对负载圆锥滚子轴承的综合应力的影响，现在我们提取空心度为45％和90％的实心辊圆锥滚子轴承，即集中在1 2.4kN处。辊的等效应力如图10、图11、图12所示。分析结果表明，圆锥滚子轴承的弹性变形和等效应力具有适当的空心度轴承的质量和接触应力都有较大的降低，但它们的变化相对较小，并且承载力没有太大变化。有助于提高轴承的动态特性和振动特性，可以满足刚性方面的要求，还有助于提高圆锥滚子轴承的疲劳寿命和可靠性。该计算模型和分析结果为圆锥滚子轴承的优化设计提供了依据。

图10实心圆锥滚子轴承当量应力轮廓图11图45％圆锥滚子轴承图12 90％圆锥滚子轴承

5基于ANSYS的托辊轴承的载荷分布和承载能力计算

首先，在ANSYS预处理环境中建立了32216圆锥滚子轴承 3D实体模型。为了便于划分网格时滚动元件-环接触部分的细化，首先将圆锥滚子轴承分量（DVIDE）分开，然后将其胶合（GLUE），以确保应力传递和变形的连续性。建立的实体模型如图13所示，然后进行网格划分。内圈和外圈以及圆锥滚子的材料均为钢轴承，材料参数和单位类型与单滚子轴承分析模型相同。为了提取轧制轴承的综合应力和变形参数的准确性，在滚环接触线处进行网格细化控制。触点的宽度为0.2226mm，小于计算出的触点面积的一半。宽，可以有效地分析接触特性。扫描（SWEEP）啮合方法用于将内圈和外圈以及圆锥滚子划分为六面体实体网格。网格划分完成后，该模型将产生总共222360个节点和223410个元素。接触对使用先前的参数进行设置。最终的有限元模型如图14所示：

图13 32216圆锥滚子轴承三维实体模型图14 32216圆锥滚子轴承有限元模型

模拟圆锥滚子轴承在轴承座中的安装，外圈固定在轴承座中，内圈和轴颈过盈配合，并进行轴向定位以防止其转动因此，为模型定义了边界条件，如图15所示：

（1）外圈被夹紧在轴承座中，以固定外圈外表面上所有节点的所有自由度；

（2）根据对内圈轴向定位和安装的要求，限制内圈两个端面的轴向自由度；

（3）篮笼对圆锥滚子产生限制作用，将滚子接触线平面上的节点旋转，并将内圈和外圈旋转至圆柱坐标系，以限制轴向自由度。和圆周方向；

（4）一般滚动轴承内圈与轴同步旋转，并且内圈和轴颈处于过盈配合模式，耦合了内圈所有节点的自由度，因此承受集中载荷不会产生应力集中和局部变形；

（5）以集中力的形式向内圈的内表面施加3.1kN径向载荷，并在力的作用线上将其均匀地分布到31个节点上，每个节点承受一个0.1kN的负载。

图15 32216圆锥滚子轴承边界和载荷

图16当载荷为3.1kN时圆锥滚子轴承轴承的接触应力云图图17当径向载荷为3.1kN时滚动体的接触变形云图

使用ANSYS中的分析工具在施加边界条件和载荷的情况下求解辊轴承的静力学。解决方案完成后，在常规后处理器中检查相关结果。套圈接触元件上的接触应力云图和滚动元件上产生的弹性接触变形分别如图16、和图17所示：

（1）最大接触应力发生在与径向力作用线直接相对的圆锥滚子上。两个环与滚子之间的接触载荷仅在径向力Of的90°范围内发生在这9个滚子中，其余11个圆锥滚子没有接触，也就是说，在径向载荷区域中承受静载荷的滚子数为9，与滚子的径向零点轴承相同。间隙的承重面积为半圆形，结果是一致的。

（2）滚子与外圈滚道之间的弹性接触变形小于滚子与内圈滚道之间的弹性接触变形，因为前者的综合曲率半径大于后者。滚子的大端在与外圈的接触区域中的弹性接触变形最大，这是因为此处的综合曲率半径最大，并且在建模过程中未执行滚子的倒圆过程，因此在一定的应力集中下，比理论计算结果略高，但总体上与以前的理论分析结果具有很好的一致性。

提取辊轴承的每个组件的综合应力云图，以评估辊轴承的总体性能，如图1 8、图19、图20：

图18径向载荷为3.1kN时的综合应力云图

图19内套圈的综合应力云图

图20外圈的综合应力云图

从图中可以看出，综合应力与接触应力相似，主要发生在滚动轴承区域轴承;从图中的套圈的综合应力云图可以直观地看出，应力分布大致为细长的梯形分布，应力集中仅存在于滚子的末端，模拟结果与理论基本吻合。

对具有适当空心度的空心圆锥滚子轴承进行了总体接触特性分析，获得的结果相似，因此在此不再重复分析。

6摘要

基于有限元理论方法，使用ANSYS建立了滚子轴承静态接触分析模型，提取了接触特性参数，并比较了经典解析解进行分析，并圆锥滚子轴承弹性体的空心度探索变形和接触应力的影响。主要结论是：有限元计算结果与理论解析解相吻合，表明使用有限元软件ANSYS对辊子的静态接触特性进行分析是可行的轴承。可以在刚度方面使用适当的空心度圆锥滚子轴承。这些要求也有利于提高圆锥滚子轴承的疲劳寿命和可靠性。分析结果为圆锥滚子轴承的优化设计提供了理论依据。