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滚动轴承的振动和噪声影响轴承的工作性能和产品质量,是轴承重要的质量评价参数,已上升为第一重要的质量指标。圆锥滚子轴承振动的影响因素众多,圆锥滚子修形是其中的主要因素之一。圆锥滚子的修形设计作为消除接触副的“边缘效应”、提高滚动轴承寿命的有效途径,在圆锥滚子轴承设计中有着重要的地位,然而关于其对轴承振动影响的研究进展缓慢。鉴于此,本文基于国家标准规定的滚动轴承振动测量方法,从理论和实践上对滚子修形状态下圆锥滚子轴承的振动进行了研究,为轴承的减振降噪、滚子的修形设计提供了理论指导。 基于经典的Hertz弹性接触理论,根据影响系数法研究了不同修形滚子和滚道接触副在不同工况下的接触应力和变形情况,验证了对数修形曲线具有较优应力分布特性的结论。为了快速计算接触变形量,提高动力学特性分析的效率,本文在弹性接触问题数值算法的基础上,提出了一种新的修形滚子-滚道接触副的接触变形计算方法——数据拟合方法,分别给出了包含滚子尺寸参数、修形参数及载荷参数直母线滚子、圆弧修形滚子和对数修形滚子与滚道间的接触变形经验公式。 综合考虑Hertz弹性接触理论和弹流润滑理论,本文建立了修形圆锥滚子和滚道接触副的等效刚度和阻尼分析模型;在修形圆锥滚子轴承的负荷分布分析的基础上,基于刚度和阻尼分解的计算方法,建立了修形圆锥滚子轴承轴向和径向等效刚度和等效阻尼的分析模型;基于上述分析模型,分别研究了圆锥滚子修形和工况条件对接触副力学特性的影响、对负荷分布的影响以及对轴承接触力学特性的影响。 在接触力学特性分析的基础上,本文基于接触力学方法建立了测振状态下全面考虑润滑因素及滚子离心力作用的修形圆锥滚子轴承系统的非线性动力学模型,以及划伤、杂质、波纹度和粗糙度等缺陷的内部激励函数模型,从理论上对修形圆锥滚子轴承的振动机理和振动水平进行有效的分析和评价。以国家标准中规定的轴承振动加速度级和波峰因数作为振动水平的评价指标,仿真分析了圆锥滚子的修形形状、修形参数以及工况条件对轴承振动水平的影响,并使用专用的轴承振动测量仪进行了实验验证。 为了对现阶段的滚子修形设计提供理论依据和参考,本文针对具有较优接触力学性能的对数修形曲线,综合考虑轴承的振动水平、疲劳寿命及接触副的接触应力分布,分别研究了轻载和重载工况下圆锥滚子修形的优化设计方法,其中轻载工况以降低轴承振动水平为优化目标,重载工况则以提高轴承的疲劳寿命为优化目标。为了适应工程应用的需要,基于本文提出的滚子修形设计方法进行了多种不同型号圆锥滚子的对数修形设计,得到了滚子母线上四个测量点处的最佳修形量及公差的计算公式,同时确定了最佳修形曲线适用的工况范围。本文给出的最佳修形量及其公差、适用的工况范围仅取决于轴承的设计载荷线密度值,与滚子轴承的尺寸无关。