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申请/专利权人：中国北方车辆研究所;东北大学

摘要：本发明属于机械设计技术领域，涉及在球轴承安装不对中条件下的一种轴承力计算方法。本发明通过事先给出初始轴承安装不对中参数、以及实际球轴承的各个几何参数，基于Hertz接触理论，根据轴承不对中后的几何关系，提出可应用于复杂旋转机械系统的球轴承内\外圈倾斜不对中轴承力模型。本发明模型可应用于复杂旋转机械系统的动力学建模之中，并且可以较好地计算轴承安装不对中状态下的支撑力，为复杂旋转机械设备有关于球轴承不对中问题的故障特征识别与诊断提供了技术支持。

主权项：1.一种不对中球轴承支撑力计算方法，其特征在于如下步骤：步骤1.确定初始条件设该轴承有Nb个滚珠，其中第j个滚珠与外圈接触点处的线速度表示为vout，与内圈接触点处的线速度表示为vin；轴承外圈的旋转角速度为ωout，轴承内圈的旋转角速度为ωin；外圈滚道半径为Rb，内圈滚道半径为rb；滚珠直径为db；轴承的初始径向间隙为c0；步骤2.计算轴承接触角和轴承间隙1轴承内圈倾斜不对中假设轴承在安装过程中内圈沿x轴方向发生了倾斜，倾斜角度为其中第j个滚珠所在的角位置为θj，滚珠中心位置点为Obj，该滚珠所在的外滚道曲率中心轨迹点为Ooutj，对应的内滚道曲率中心轨迹点为Oinj；内圈倾斜后内滚道曲率中心轨迹也随之发生变化，第j个滚珠所在相应的内滚道轨迹点变为Oinj′，滚珠中心点变为Obj′；推出内、外滚道的曲率中心半径分别为和其模长表示为：式中，rin和rout分别为内外滚道曲率半径，引入内外滚道曲率半径系数fio，因此轴承的内外滚道曲率半径表示为他们的曲率半径系数与滚珠直径之积，即rin＝fidb，rout＝fodb；假定轴承内圈沿y轴方向也存在倾斜不对中，倾斜角度为那么将存在如下几何关系： 轴承因倾斜不对中所致第j个滚珠所在的角位置而产生的接触角αij，表示为： 倾斜不对中后第j个滚珠处的轴承间隙表示为Δij，表示为： 最后得到在轴承内圈沿任意方向发生倾斜不对中后，接触角与轴承间隙的广义表达式： 其中，2轴承外圈倾斜不对中同理，对于轴承外圈倾斜，假设轴承在安装过程中外圈沿xy轴方向的倾斜角度分别为外圈倾斜后外滚道曲率中心轨迹也随之发生变化，第j个滚珠所对应的外滚道轨迹点变为Ooutj′；结合几何关系，推导过程同前；因此最终得到轴承外圈沿任意方向发生倾斜不对中后，接触角αoj与轴承间隙Δoj的广义表达式： 其中，当深沟球轴承存在安装倾斜不对中时，第j个滚珠所在位置处的轴承间隙不仅与不对中量有关，还和与之产生的接触角、轴承的内外圈半径、内外滚道的曲率半径系数、滚珠直径、初始间隙均有关；步骤3.将不对中所引起的轴承间隙和接触角引入球轴承支撑力模型中步骤3.1，保持架的角速度ωcage为：如果该轴承外圈与轴承座相互配合安装，内圈与转子配合安装，则ωin＝ω，ωout＝0，其中ω为转子的旋转角速度rads；又由于保持架的直径可以表示为2rcage＝Rb+rb，因此保持架的旋转角速度为：假设第一个滚珠的初始位置角为0，则轴承的第j个滚珠的角位置θj表示为： 步骤3.2，结合倾斜不对中所引起的轴承间隙Δij、Δoj和接触角αij、αoj，可得轴承不对中情况下第j个滚珠与滚道之间的接触变形为：δj＝xcosθj+ysinθj-c0n′,n＝ij,oj；式中，x和y分别为内圈中心在水平和竖直方向所产生的振动位移量；下角标n分别代表内圈倾斜不对中ij和外圈倾斜不对中oj；根据非线性Hertz接触理论，滚珠与滚道之间只能产生法向正应力，即只有在δj0时才有作用力，即：其中，cbj表示第j个滚珠的赫兹接触刚度，与相互接触的材料和形状有关；对于钢质轴承，有： 式中，cbk为球轴承对内外滚道的载荷变形系数，k＝in,out，表达式为： 其中，Σρk为内外滚道曲率和，可以表示为： 步骤3.3，球轴承由于不对中所产生的支撑力在x、y方向可分别表示为：

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