江苏鲁岳轴承制造有限公司专业生产耐高温圆柱滚子轴承。双列圆柱滚子轴承是矿用设备中关键传动部件。通过三维仿真图像，分析不同运行工况下轴承承载特性及疲劳寿命的变化趋势。结果表明：工作载荷的增大会显著 提高滚子与滚道间的最大接触负载与最大接触应力；随着径向工作游隙向正方向增大，最大接触 负载以及最大接触应力呈现出先减小后增大的趋势， 轴承疲劳寿命呈现出先增大后减小的趋势；存在特定游隙值，使轴承疲劳寿命达到最大值。

0 、引言

双列圆柱滚子轴承具有结构紧凑、 刚性大、承载能力强、受负荷后变形小等优点，广泛应用于各种煤矿设备中。轴承作为矿用机械传动系统中较为 重要的部件，其承载能力以及疲劳寿命均为关键参数。因此，通过对轴承运转特性的分析，为实际工作 提供合理指导，对提升整体系统工作可靠性具有重要意义。研究表明轴承的承载能力以及疲劳寿命很大程 度制约于工作载荷、转速及工作游隙值。因此，本文主要针对煤矿设备中常用的双列圆柱滚子轴承，研究不同工况下轴承的力学特性以及疲劳寿命。

1 、双列圆柱滚子轴承分析模型建立

煤矿设备中使用的双列圆柱滚子轴承有较强的承载能力，在设备中用以承担径向载荷，针对滚子轴 承的线接触问题，一般采用近似或经验公式求解其 弹性变形量

运转中的圆柱滚子轴承通常存在游隙，承受径向载荷时，内外圈会在外力方向上发生相对位移，使承载滚子与滚道间产生接触变形。对于双列圆柱 滚子轴承，承担工作载荷时，可考虑将工作负荷平 均分配于两列滚子上，单列滚子具体载荷分布如图 1 所示。

0# 滚子的最大接触变形量

根据几何协调变形关系可以求得任意角位置 φj 处滚子与滚道的接触变形量

建立轴承测试模型如图 2 所示，其中左侧轴承为待测圆柱滚子轴承，中间支撑轴承为 7019FY角接触球轴承 ，右侧支撑轴承 为 7016FY 角 接 触球轴承。选取 4 种典型工况如表 1 所示，将其添加至测试模型中。两支撑轴承通过左侧轴肩约束，待测轴承径向工作游隙量根据情况确定，支撑轴承轴向工作游隙量定为 0。

2、 仿真结果及分析

径向工作游隙对承载滚子数的影响如图 3 所 示。从图 3 中可以看出，径向工作游隙的变化对承载 滚子数有较大的影响，工况 1、2 和工况 3、4 条件下， 所有滚子均受载时的游隙值分别为-0.008 mm 和0.013 mm，当径向工作游隙逐渐从负值增加到正值 时，承载滚子数先急剧下降，而后趋于稳定。

由式（5）、式（6）得出，内外滚道间接触负载差值 仅为离心力值，因为所选取工况的转速较低，离心力值较小，故仅针对内滚道进行分析即可。径向工作 游隙对轴承内滚道最大接触负载影响如图 4 所示。从图 4 中可以得出，径向工作游隙对内滚道接触负 载的影响较小；伴随径向工作游隙从-0.02 mm 增长 到 0.01 mm，内滚道最大接触负载值呈现出先减小后 增大的趋势，在工况 1、2 和工况 3、4 下，使接触负载最 小的径向工作游隙分别为-0.013 mm 和-0.008 mm， 此时轴承中所有滚子受载均匀，同时负游隙导致的 滚道变形处于一个合适的值。当轴承的外载荷变化 时，接触负载最小值出现的位置也会相应发生变化。

内外滚道最大接触应力变化趋势如图 5 所示， 从图 5 可以看出，内滚道的最大接触应力总大于外 滚道；伴随径向工作游隙值的增加，接触应力呈现出 先减小后增大的趋势，因为在轴承处于负游隙时，随 着游隙值向正方向增大，负游隙导致的滚道变形量 减小，接触应力随之减小；在游隙值从负到正增加过 程中，承载滚子数逐渐减少，承载分布范围减小，载 荷分布不均导致最大接触应力增大。

三维仿真图像 提 供 了 ISO 281 标 准 疲 劳 寿 命 、 ISO/TS 16281、Romax adjust 以及 Romax advanced等 几种疲劳寿命计算标准，其中 三维仿真图像是较为精确地考虑接触应力的疲劳寿命计算方法。分析 中选 用 ISO VG 150 Mineral 润 滑 油 ，工 作 温 度 为 70 ℃，采用 Romax advanced 疲劳寿命理论，得到径 向工作游隙对轴承疲劳寿命的影响如图 6 所示。

对比分析工况 2 和工况 4，外载荷增加时，滚子 与滚道间接触变形量剧增，接触应力增加，显著降低 轴承的使用寿命；对比工况 1 和工况 2，轴承转速的 提升对疲劳寿命的影响有限；在所有工况条件下，伴 随径向工作游隙的增加，轴承寿命均呈现出先增大后 减小的趋势，最长工作寿命出现在游隙值为-0.013 mm 和-0.008 mm 的位置，与前文分析的接触负载以及 接触应力最小值出现的位置一致，这也就印证了前 述分析：在某个特定的游隙值下，因载荷分布均匀， 接触应力以及接触负载减小，进而提高轴承的疲劳 寿命。

3 、结语

三维仿真图像建立了双列圆柱滚子轴 承力学行为及疲劳特性分析模型，得到以下结果：

（1）在轴承径向工作游隙从负到正的变化过程 中，接触滚子数减少，承载范围缩小，最大接触负载 及最大接触应力先减小后增大，在特定游隙值下存 在最小值；（2）在不同的工况下，均存在特定径向工作游 隙，使得轴承疲劳寿命达到最高值，在外载荷增大 时，最佳径向工作游隙向负方向增大，为实际生产工 作提供了理论指导。