设计仿真 | 轴承椭圆截断应力及其对滚动体载荷分布的影响

在某些运行工况下，特别是较大的轴向力和弯矩载荷作用于轴承上时，滚动体与滚道之间的接触椭圆可能超出滚道边缘，这被称为椭圆截断或者爬挡肩。产生椭圆截断现象时，滚动体与滚道的边缘接触应力会有较大幅度的增加，从而大大加速轴承的疲劳失效。

随着传动技术的快速发展，业界对于轴承的性能指标有了更高的要求，一个常见的要求是：轴承既要更加小型化，承载能力又要不断提升。这将会进一步加大轴承在运行过程中发生椭圆截的风险。

对于轴承椭圆截断率的许用值，目前业界尚无统一的标准。Romax根据工程经验推荐，在间歇工况下椭圆截断不超过15%，常规持续工况下允许发生椭圆截断（<0）。然而，为了更精确地评估椭圆截断对于轴承刚度和寿命的影响，我们需要知道发生椭圆后的赫兹接触应力和边缘应力，因为椭圆截断后滚动体的载荷分布也会随之发生变化，同时对轴承刚度也会产生影响。

从R22.1开始，在系统模型的静态分析和轴承滚动体载荷分布中考虑了由于球轴承接触椭圆截断导致的接触刚度降低，该计算方法也会同步到Romax其它几个产品线中，在各个产品线中均会得到同样的轴承刚度值，确保更准确的系统变形结果。此外，考虑椭圆载荷效果后，由于接触面积的减少，中心区域的接触应力会略有增大，轴承的内部载荷分布和接触应力的计算结果更加准确。

Romax Spin用户已经知道某轴承中存在一定的椭圆截断，希望了解当前截断量是否会出现问题。工程师在Romax Spin中进行轴承分析，并检查相关轴承的椭圆截断值以及接触点和边缘的接触应力值。他们注意到，接触椭圆中心的接触应力低于许用应力，但由截断引起的边缘应力高于其许用值。

滚道接触印迹图显示，接触椭圆在内外滚道边缘处均有截断。接触边缘应力报告如下：

使用此新功能，工程师还可以使用参数化研究工具 (DOE)优化挡肩直径以减少椭圆截断。