2022-12-23

关于交叉滚子轴承，你了解多少？

交叉滚子轴承是一种内圈分割、外圈旋转的特殊型号轴承。因被分割的内环或外环，在装入滚柱和间隔保持器后，与交叉滚柱轴环固定在一起，以防止互相分离，故安装交叉滚柱轴环时操作简单。由于滚柱为交叉排列，因此只用1套交叉滚柱轴环就可承受各个方向的负荷，与传统型号相比，刚性提高3~4倍。同时，因交叉滚子轴承内圈或外圈是两分割的构造，轴承间隙可调整，即使被施加预载，也能获得高精度地旋转运动。而且，由于其特殊的结构，在工业机器人中通常用作关节轴承。

滚动体是圆柱滚子的向心滚动轴承。圆柱滚子轴承内部结构采用滚子呈平行排列，滚子之间装有间隔保持器或者隔离块，可以防止滚子的倾斜或滚子之间相互摩擦，有效防止了旋转扭矩的增加。

交叉滚子轴承带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称转台或第四轴。转台按功能的不同可分为通用转台和精密转台两类。

交叉滚子轴承在循环加载情况下，材料产生疲劳破坏所需的应力或应变的循环数。对实际构件，常以工作小时计。构件在出现工程裂纹(宏观可见或可检的裂纹，长度约0.2～1.0mm)以前的疲劳寿命称为裂纹形成寿命。自工程裂纹扩展至完全断裂的疲劳寿命称为裂纹扩展寿命。总寿命是二者之和。材料在疲劳破坏前所经历的应力循环数称为疲劳寿命。对实际构件，常以工作小时计。在给定重复荷载作用下使材料破损所必需的应力或应变循环次数。通常分为裂缝形成寿命和裂缝扩展寿命。现在普遍认为应力变化范围是影响疲劳寿命的主要因素，前者大则后者短，反之亦然。

交叉滚子轴承游隙即轴承在未安装于轴或轴承箱时，将其内圈或外圈的一方固定，然后便于未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量。根据移动方向，可分为径向游隙和轴向游隙。

交叉滚子轴承是一种新型轴承，有其特殊结构特点和优势。虽然在国外，无论其理论研究还是生产技术均相当成熟，但在国内，对此类轴承的研究是寥寥无几。在轴承的设计和应用中，轴承的承载能力和寿命问题是必须考虑的问题。因此，研究交叉滚子轴承的机理具有十分重要的学术和实用价值。对交叉滚子轴承的材料﹑特点和国内研究现状作了详细介绍，并对交叉滚子轴承未来的研究方向进行了展望。

首先，通过刚性假设和经典Herz理论，对交叉滚子轴承的滚子与内、外圈接触问题进行了研究，确定了内圈与轴，外圈与轴承座之间过盈配合对游隙的影响公式，推导了接触套圈的应力计算公式以及线接触椭圆柱面应力分布的一些重要公式。其次，基于以上理论，对轴承载荷分布进行了研究，建立了轴承静态径向载荷和偏心轴向载荷分析模型。分析了外加径向和轴向载荷、力矩载荷以及滚子数目对轴承载荷分布的影响规律。此外还建立了动态径向载荷分析模型，得出了转速、外载荷和径向游隙变化条件下的载荷分布规律。

其次，根据滚动轴承载荷分布理论和经典接触理论，推导了交叉滚子轴承的额定动负荷和额定静负荷公式。依据Lundberg-palmgren疲劳寿命理论，建立了疲劳寿命计算模型，并结合工程用的交叉滚子轴承寿命计算模型，计算得出了不同结构参数和载荷参数对轴承疲劳寿命的影响规律。

最后，利用优化设计理论，提出滚动轴承寿命优化的目标函数，并且根据理论和实际使用情况确定边界条件，结合Matlab遗传优化算法工具箱编制程序，并利用Matlab中的GUI模块编写人机交互界面，从而使普通工程技术人员不必了解Matlab语言即可使用本文编写的优化程序，方便在实际设计工作时使用，得出优化结果，提高了轴承寿命。

综上所述，本文对交叉滚子轴承载荷分布、疲劳寿命和结构优化三方面问题做了