轴承是旋转机械中不可缺少的重要零件之一,其力学特性分析与轴承的设计和应用密切相关,而评定滚动轴承实际工作性能的各项技术因素如承载能力、疲劳寿命、变形与刚度等,都涉及到弹性接触问题。用有限元法求解轴承的接触问题,分析应力分布和弹性变形等,将成为提高滚动轴承的承载能力和使用寿命及进行优化设计的关键。本文的主要研究如下:首先,用Hertz线接触理论计算了NU311直母线圆柱滚子轴承的接触应力和弹性变形,并用有限元软件ANSYS对相应轴承进行了接触非线性问题的数值模拟,将有限元分析结果与Hertz理论的结果进行比较,验证了有限元接触模型的正确性。其次,利用切片法,得到了滚子修型母线为直线、直线加圆弧和圆弧时的载荷分布,并以滚子用圆弧修型的NU311轴承为例,得到不同凸度量下的载荷分布,确定了最佳凸度量及载荷与凸度量的匹配关系;用ANSYS的参数化设计语言APDL,实现滚子和内、外圈滚道均带凸度的NU系列轴承参数化有限元分析,并用VB对ANSYS进行二次开发,建立有可视化界面的圆柱滚子轴承接触分析软件。通过对不同凸度量下的有限元分析和结果比较,确定出NU311轴承在该设计载荷下的最佳凸度量,降低了最大接触应力,提高了承载能力和使用寿命。然后,研究了基于ANSYS的滚子结构减重的优化设计方法:以滚子的长度和直径为设计变量,滚子体积为目标函数,在保证轴承承载能力和刚度的情况下,使滚子的质量最小,即减小了离心力,提高了高速轴承的疲劳寿命。最后,在切片法的基础上,推导出凸度圆柱滚子轴承径向刚度的计算方法,讨论了滚子采用三种不同修型母线时,轴承刚度随载荷的变化规律,分析了凸度量对刚度的影响;并在考虑陀螺力矩的情况下,将轴承分别简化为刚性支承和弹性支承,研究了用ANSYS计算转子临界转速的方法,为更复杂的转子系统动力特性研究提供了参考。