摘要：双列圆柱滚子轴承是矿用设备中关键传动部件。通过Romax软件建立轴承测试试验台，分析不同运行工况下轴承承载特性及疲劳寿命的变化趋势。结果表明：工作载荷的增大会显著提高滚子与滚道间的最大接触负载与最大接触应力；随着径向工作游隙向正方向增大，最大接触负载以及最大接触应力呈现出先减小后增大的趋势，轴承疲劳寿命呈现出先增大后减小的趋势；存在特定游隙值，使轴承疲劳寿命达到最大值。
0、引言
双列圆柱滚子轴承具有结构紧凑、刚性大、承载能力强、受负荷后变形小等优点，广泛应用于各种煤矿设备中。轴承作为矿用机械传动系统中较为重要的部件，其承载能力以及疲劳寿命均为关键参数。因此，通过对轴承运转特性的分析，为实际工作提供合理指导，对提升整体系统工作可靠性具有重要意义。研究表明轴承的承载能力以及疲劳寿命很大程度制约于工作载荷、转速及工作游隙值。因此，本文主要针对煤矿设备中常用的双列圆柱滚子轴承，研究不同工况下轴承的力学特性以及疲劳寿命。
1、双列圆柱滚子轴承分析模型建立
煤矿设备中使用的双列圆柱滚子轴承有较强的承载能力，在设备中用以承担径向载荷，针对滚子轴承的线接触问题，一般采用近似或经验公式求解其弹性变形量
运转中的圆柱滚子轴承通常存在游隙，承受径向载荷时，内外圈会在外力方向上发生相对位移，使承载滚子与滚道间产生接触变形。对于双列圆柱滚子轴承，承担工作载荷时，可考虑将工作负荷平均分配于两列滚子上，单列滚子具体载荷分布如图1所示。
0#滚子的最大接触变形量
根据几何协调变形关系可以求得任意角位置φj处滚子与滚道的接触变形量
建立轴承测试模型如图2所示，其中左侧轴承为待测圆柱滚子轴承，中间支撑轴承为FY角接触球轴承，右侧支撑轴承为FY角接触球轴承。选取4种典型工况如表1所示，将其添加至测试模型中。两支撑轴承通过左侧轴肩约束，待测轴承径向工作游隙量根据情况确定，支撑轴承轴向工作游隙量定为0。
2、仿真结果及分析
径向工作游隙对承载滚子数的影响如图3所示。从图3中可以看出，径向工作游隙的变化对承载滚子数有较大的影响，工况1、2和工况3、4条件下，所有滚子均受载时的游隙值分别为-0.mm和0.mm，当径向工作游隙逐渐从负值增加到正值时，承载滚子数先急剧下降，而后趋于稳定。
由式（5）、式（6）得出，内外滚道间接触负载差值仅为离心力值，因为所选取工况的转速较低，离心力值较小，故仅针对内滚道进行分析即可。径向工作游隙对轴承内滚道最大接触负载影响如图4所示。从图4中可以得出，径向工作游隙对内滚道接触负载的影响较小；伴随径向工作游隙从-0.02mm增长到0.01mm，内滚道最大接触负载值呈现出先减小后增大的趋势，在工况1、2和工况3、4下，使接触负载最小的径向工作游隙分别为-0.mm和-0.mm，此时轴承中所有滚子受载均匀，同时负游隙导致的滚道变形处于一个合适的值。当轴承的外载荷变化时，接触负载最小值出现的位置也会相应发生变化。
内外滚道最大接触应力变化趋势如图5所示，从图5可以看出，内滚道的最大接触应力总大于外滚道；伴随径向工作游隙值的增加，接触应力呈现出先减小后增大的趋势，因为在轴承处于负游隙时，随着游隙值向正方向增大，负游隙导致的滚道变形量减小，接触应力随之减小；在游隙值从负到正增加过程中，承载滚子数逐渐减少，承载分布范围减小，载荷分布不均导致最大接触应力增大。
Romax软件提供了ISO标准疲劳寿命、ISO/TS16、Romaxadjust以及Romaxadvanced等几种疲劳寿命计算标准，其中Romaxadvanced是较为精确地考虑接触应力的疲劳寿命计算方法。分析中选用ISOVGMineral润滑油，工作温度为70℃，采用Romaxadvanced疲劳寿命理论，得到径向工作游隙对轴承疲劳寿命的影响如图6所示。
对比分析工况2和工况4，外载荷增加时，滚子与滚道间接触变形量剧增，接触应力增加，显著降低轴承的使用寿命；对比工况1和工况2，轴承转速的提升对疲劳寿命的影响有限；在所有工况条件下，伴随径向工作游隙的增加，轴承寿命均呈现出先增大后减小的趋势，最长工作寿命出现在游隙值为-0.mm和-0.mm的位置，与前文分析的接触负载以及接触应力最小值出现的位置一致，这也就印证了前述分析：在某个特定的游隙值下，因载荷分布均匀，接触应力以及接触负载减小，进而提高轴承的疲劳寿命。
3、结语
以Romax为仿真平台，建立了双列圆柱滚子轴承力学行为及疲劳特性分析模型，得到以下结果：
（1）在轴承径向工作游隙从负到正的变化过程中，接触滚子数减少，承载范围缩小，最大接触负载及最大接触应力先减小后增大，在特定游隙值下存在最小值；（2）在不同的工况下，均存在特定径向工作游隙，使得轴承疲劳寿命达到最高值，在外载荷增大时，最佳径向工作游隙向负方向增大，为实际生产工作提供了理论指导。
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