(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210925061.3 (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 孙伟　王欣崎　王林涛　梁士虎　 马浩然　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) F16C 19/38(2006.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大型掘进机主驱动轴承滚子的对数非 对称修形设计方法 (57)摘要 本发明属于大型掘进机主驱动轴承多参数 优化与可靠性设计领域， 公开了一种大型掘进机 主驱动轴承滚子的对数非对称修形设计方法。 所 述方法通过建立基于滚子对数非对称修形的大 型掘进机主驱动轴承偏载作用下的接触力学模 型， 确定轴承各排滚子的载荷分布情况， 进而建 立轴承的疲 劳寿命计算模型， 通过建立优化模型 进行对数非对称修形曲线的优化 设计， 得到偏载 载荷作用下的最优参数， 使 得沿滚子长度方向上 的接触应力分布均匀， 避免了修形量过大引起的 滚子中部应力过大。 该方法可以在不同的工况载 荷下， 灵活地计算出滚子的最优对 数非对称修形 曲线， 从而满足轴承高可靠性和长使用寿命的要 求。 权利要求书4页 说明书10页 附图2页 CN 115292839 A 2022.11.04 CN 115292839 A 1.一种大型掘进机主驱动轴承滚子的对数非对称修形设计方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤1： 建立基于滚子对数非对称修形的大型掘进机主驱动轴承偏载作用下的接触力 学模型； 建立对数 非对称修形曲线， 设定七个设计参数， k1、 k4表示滚子的最大负荷系数， k2、 k5表 示滚子端部的半径系数， k3、 k6表示滚子母线直线 部分的占比系数， c表示距离滚 子长度中心 的偏移量， 对数非对称修形曲线表达式如下； 其中， Q1max为承载排滚子的最大负荷， 表示 为； 其中， b1为承载排负荷最大的滚子与滚道之间的接触半宽， 表示 为； 其中， E为综合弹性模量， 表示 为： 式中， d1m为承载排滚子的节圆直径， Z1为承载排滚子个数， D1w为承载排滚子直径， l1we为 承载排滚子的有效长度， E1、 E2分别为各排滚子、 滚道的弹性模量， ν1、 ν2分别为各排滚子、 滚 道的泊松比， M为 倾覆力矩， Fa为轴向载荷； 基于滚子对数非对称修形的大型掘进机主驱动轴承偏载作用下的接触力学模型包括 变形协调关系和受力平衡方程； 根据赫兹接触理论， 接触负荷与接触弹性变形量关系如下： Qij＝35948liwe8/9δij10/9 式中， Qij为第i排第j个滚子与滚道的接触负荷， δij为第i排第j个滚子与滚道的弹性接 触变形量， liwe为第i排滚子的有效长度， 其中， i＝1、 2、 3， i＝1表示第1排承 载排(1)， i＝2表 示第2排中间排(2)， i ＝3表示第3排支撑排(3)； 轴承偏载作用下滚子与滚道的变形协调关系如下： 式中， δa为由轴向载荷引起的轴承内圈的轴向位移， δr为由径向载荷引起的轴承内圈的 径向位移， δiθj为由倾覆力矩引起的第i排第j个滚子与滚道 倾斜时的角变形量， δixj为第i排权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115292839 A 2第j个滚子修形引起的变形量； 依据轴承偏载作用下接触应力与外载荷之间的平衡关系， 对滚子与滚道之间的接触区 域进行切片处理， 使其沿滚子长度方向被切 分成ns个条形单元， 则各排滚子与滚道接触情 况的基本方程表示 为： 式中， Mij为第i排第 j个滚子所 受的倾覆力矩， bijk、 hijk、 pijk分别为第i排第j 个滚子的第 k个切片单元的接触 半宽、 接触 半长和接触应力， yijk为第i排第 j个滚子的第k个切片单元的 中心坐标， yijc为第i排第j个滚子的中心坐标； 轴承整体的受力平衡方程： 式中， Fr为径向载荷； 求解轴承整体的受力平衡方程， 获取轴承各排滚子载荷分布； 步骤2： 建立轴承的疲劳寿命计算模型； 第i排滚子内圈和外圈的额定负荷Qic μ、 Qic ν分别表示 为： 其中， γi为无量纲几何参数， 表示 为： 式中， B为计算常量， λ为考虑边缘效应以及滚子负荷中心不在滚子中间引起的降低系 数， 取值在0.6～0.8； Diw为第i排滚子直径， Zi为第i排滚子个数， dim为第i排滚子的节圆直 径， αi为第i排滚子与滚道之间的接触角；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115292839 A 3