角接触球轴承热特性分析及试验

角接触球轴承热特性分析及试验

摘要：滚动轴承是机械行业中最普通、应用最广的零部件，在机械设备中起着

至关重要的作用。工程实际中，滚动轴承由于发热而引起的失效严重影响设备的

正常工作。因此，对轴承的温度场研究至关重要。本文对角接触球轴承热特性及

试验进行了重点阐述。

关键词：角接触球轴承；温度场；热位移

一、角接触球轴承简介

角接触球轴承

(Angular Contact Ball Bearings)

可同时承受径向、轴向负荷，能

在较高的转速下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常

取

15?

度接触角。在轴向力作用下，接触角会增大。

单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向载荷，在承受径向载荷时，会引

起附加轴向力，必须施向相应的反向载荷，因此，该种轴承一般都成对使用。

双列角接触球轴承能承受较大的以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷

和力矩载荷，它能限制轴或外壳双向轴向位移，接触角为

30

度。成对安装角接

触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷，也可承受纯径向载

荷。串联配置只能承受单一方向的轴向载荷，其他两种配置则可承受任一方向的

轴向载荷。这种类型的轴承一般由生产厂商选配组合成对提交用户，安装后有预

压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，因而提高了整组轴承作为单个支承

刚度和旋转精度。

此外，角接触球轴承在负荷作用下，会自然形成接触角，可同时承受径向负

荷和单向轴向负荷，承受负荷能力随接触角的大小而改变，接触角越大，承受轴

向负荷能力也大，接触角分为

15°

、

30°

、

40°

。另外，增加了钢球粒数，以获得更

好的轴承强度，同时将内圈或外圈的一个挡边加工成斜坡形式，分离式不要锁量，

非分离式就要设计一定锁量，以确保不散套，这种轴承常用在高速运转场所。为

了平衡轴向力，经常采用配对安装，故又有面对面、背对背及同方向三种形式，

随着科技进步和轴承工作条件的不同，角接触球轴承具有多种结构形式。

二、轴承组件温度场仿真

以轴承组件为研究对象，用

solidworks

取其四分之一进行建模，采用

solid70

单元进行网格划分，采用

8

节点单元，且每个单元只有一个温度自由度，进行三

维稳态、瞬态热分析。接触对选择

con-tactl74

单元和

targetl70

单元，并对接触面

处进行网格细化。

在进行有限元仿真分析时，兼顾三类热边界条件，即在特定的环境温度下，

同时考虑轴承组件的热流密度及对流换热条件。基于外滚道控制理论，利用

Matlab

编程，对轴承动态特性非线性方程组进行求解，以得到轴承组件各处的热

载荷值。

三、试验部分

         1

、试验装置。试验装置由两部分组成：一是机械部分，包括轴承座、伺服

电机、轴向加力器、电机底座和基板；二是测试部分，包括热电阻传感器、红外

测温仪、压力传感器、色散共焦位移计、可编程逻辑控制器、伺服放大器、

CHB

数显表、温度显示仪及装有

GX WORKS2

软件和

CCSMANAGER

位移测试系统的计

算机等。

2

、试验条件。转速由伺服电机提供，轴向力通过两个双螺纹加力器来施加，

轴承采用脂润滑。转速为

0

～

2800r/min

，轴向力为

0

～

6kN

。采用

WZP-201

热电