目前滾動軸承的設(shè)計基本上是擬靜態(tài)力學(xué)原理基礎(chǔ)上的優(yōu)化,而抗疲勞制造的設(shè)計需在擬動態(tài)力學(xué)原理基礎(chǔ)上優(yōu)化,由于軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個多參數(shù)的優(yōu)化問題,再考慮實際應(yīng)用條件,因而使抗疲勞設(shè)計的優(yōu)化過程變得更為復(fù)雜和困難。
設(shè)計方面還應(yīng)關(guān)注的一個重要問題是應(yīng)力集中,特別是線接觸的滾子軸承,其接觸應(yīng)力沿接觸線分布在滾子兩端形成嚴(yán)重的邊緣應(yīng)力集中。目前,國內(nèi)外軸承企業(yè)都采用“凸度”技術(shù)來減輕其程度,即將滾子滾動面、內(nèi)、外套圈滾道面的的素線設(shè)計成”對數(shù)曲線”形狀,使線接觸區(qū)域的應(yīng)力分布趨于均勻,從而大大減少了滾予軸承使用中在滾子兩端發(fā)生的早期疲勞,延長了使用壽命。實踐與使用都表明,這是一個十分有效的設(shè)計改進。但”對數(shù)曲線”的制造技術(shù)也不完善,更未達到成熟程度,尤其是大批量生產(chǎn)時,如何保證“對數(shù)素線"的形狀、位置、凸度量、精確地符合設(shè)計要求,保證同批零件的“對數(shù)素線”的技術(shù)指標(biāo)基本一致,需要有高精度的執(zhí)行機械,數(shù)控系統(tǒng)和合理的數(shù)學(xué)模型作為前提條件,否則設(shè)計指標(biāo)的實現(xiàn)將無從談起。
對零件結(jié)構(gòu)的潤滑功能設(shè)計,是抗疲勞設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。滾子軸承的高速性能不如球軸承,這是結(jié)構(gòu)特征決定的,如何在結(jié)構(gòu)上加以改進,提高滾子軸承的高速性能及高速下的疲勞壽命,一個有效的途徑就是對滾動軸承內(nèi)部相對運動的表面進行潤滑設(shè)計,如滾動面的EHD設(shè)計、凸緣工作面的EC設(shè)計。美國TIMKEN公司開發(fā)的TSMA軸承、TSMR軸承、Spring-Rib軸承(彈簧擋邊)、Hydra-Rib軸承(液力檔邊)等,其核心技術(shù)就是強化了圓錐滾子軸承內(nèi)圈大檔邊與滾子大端面之間的潤滑功能,這些成功案例為我們開展抗疲勞設(shè)計提供良好的示范。
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