角接触球轴承在高速、重载的工作条件下,轴承内部各组件的摩擦生热引起轴承温度升高。过高的温升导致轴承运转精度下降、承载能力降低、产生振动等一系列问题。甚至导致轴承过早的疲劳失效、胶合和咬死,进而造成设备故障停机。因此,研究高速运转下角接触球轴承的热特性和力学特性,对分析轴承失效原因,指导轴承设计具有重要的意义。本文依托国家自然科学基金项目:《考虑界面接触参数影响的大功率高速主轴高回转精度基础研究》(5196050236),对高速角接触球轴承的热力学特性展开研究。主要做了以下几个方面的工作:针对高速角接触球轴承内部的接触问题,建立角接触球轴承有限元模型,对轴承内部的受载情况进行分析,得出轴承在轴向力、径向力和转速等联合载荷作用下各滚珠的载荷分布;在此基础上,将承受载荷最大的滚珠与内、外圈接触部分分割出来建立有限元子模型,采用有限元子模型法对角接触球轴承在不同载荷作用下的接触特性进行局部计算,分析得到轴承的接触力、接触面积和接触角分别随着轴向力、径向力以及转速的变化规律,为后续轴承摩擦生热计算提供初始参数;分别采用Hertz接触理论和拟静力学理论对有限元子模型法计算结果进行验证。针对Abaqus软件对角接触球轴承有限元计算结果中接触参数的提取,采用Abaqus脚本接口技术,对其进行二次开发,编写提取轴承接触角、接触力和接触面积等参数的脚本程序,弥补了Abaqus软件针对角接触球轴承特定模型后置处理功能的不足。针对角接触球轴承在高速运转过程中的生热问题,建立角接触球轴承摩擦生热计算模型和传热计算模型。基于轴承有限元接触参数计算结果,结合轴承滚珠运动学理论,对不同载荷作用下轴承各热源的摩擦生热量进行计算,为后续轴承热力耦合分析奠定基础。研究结果表明,自旋生热量占总生热量的比重最大,并且受载荷的影响较为显著,是轴承热分析重点考虑的因素。针对高速角接触球轴承在工作过程中的热力耦合问题,在充分考虑轴承接触参数对生热量的影响,以及热变形对接触参数的影响因素下,建立高速角接触球轴承热力耦合分析模型,基于有限元完全热力耦合分析方法,结合轴承摩擦生热计算模型,编写Abaqus用户子程序和脚本程序,采用程序与Abaqus软件相结合的方法,对高速角接触球轴承热力耦合分析模型进行求解计算,分析轴承在完全热力耦合模型下的生热量、接触特性以及温度场分布规律,并将计算结果与工程上常用的轴承顺序热力耦合计算结果进行对比。结果表明,完全热力耦合的计算结果与顺序热力耦合的计算结果存在明显差异,因此,为了准确计算高速角接触球轴承在实际工况下的接触特性和热特性,应选择完全热力耦合分析模型进行计算。