在机械制造领域，深沟球轴承作为关键零部件，广泛应用于各类机械设备中，其性能优劣直接影响设备的运行稳定性与可靠性。随着工业技术不断进步，机械设备面临的工况愈发复杂，深沟球轴承常承受大冲击载荷等复杂受力情况，这对其强度和可靠性提出了更高要求。在2025年的深沟球轴承行业竞争中，如何提升产品在复杂工况下的性能，成为各企业角逐的关键。

  一、深沟球轴承动力学模型构建

  深沟球轴承在实际工作中，零件间的相对位置、运动状态以及作用力十分复杂。《2025-2030年中国深沟球轴承行业发展趋势分析与未来投资研究报告》为了深入研究其在大冲击载荷下的力学特性，需要建立精确的动力学模型。以某装备使用的 6215E 型深沟球轴承为例，通过设立多个坐标系，如以轴承中心为原点的惯性坐标系，以及分别以内圈质心、保持架中心、球中心和保持架兜孔中心为原点的特定坐标系，来精准描述零件间的相对关系。

  基于这些坐标系，考虑球与内沟道、外沟道以及保持架之间的相互作用力，构建球动力学微分方程组。该方程组涵盖了法向接触力、流体动压摩擦力、拖动力、滚动摩擦力、滑动摩擦力、惯性力、空气阻力、碰撞力等多种力的作用。同时，建立保持架动力学微分方程组和冲击载荷下的内圈动力学微分方程组，全面考虑各部件在复杂受力情况下的运动状态。这些方程组为后续深入分析深沟球轴承在冲击载荷下的力学响应奠定了坚实的理论基础。

  二、深沟球轴承冲击载荷下的强度分析

  (一)冲击载荷设置

  在研究深沟球轴承在冲击载荷下的强度时，冲击载荷的设置至关重要。冲击载荷持续时间为 0.1s，包括从 0 至冲击峰值的 0.05s 和从冲击峰值降到 0 的 0.05s。由于冲击载荷具有周期性，为便于计算，选用正弦函数为深沟球轴承施加轴向冲击载荷、径向冲击载荷以及轴向、径向联合冲击载荷。根据实际载荷谱，轴向冲击载荷分别取 10,20,30,35kN，径向冲击载荷分别取 70,90,100,114,120kN。这样的设置能够较为真实地模拟深沟球轴承在实际工况中可能遇到的冲击情况。

  (二)不同冲击载荷下套圈接触应力与保持架碰撞力分析

  无冲击与单一冲击对比：在无冲击载荷和单一径向或轴向冲击载荷的工况下，深沟球轴承表现出不同的力学特性。仅受轴向冲击载荷时，当轴向冲击载荷由 10kN 增加到 35kN，内、外圈接触应力相比无冲击载荷时变化较小;而仅受径向冲击载荷时，随着径向冲击载荷由 70kN 增加到 120kN，球会冲击外沟道，内、外圈接触应力比无冲击载荷时分别增大了 161%、159%。这表明径向冲击载荷对深沟球轴承套圈接触应力的影响更为显著。

  联合冲击影响：当考虑轴向和径向联合冲击载荷时，冲击会使球的运动具有不确定性，进而导致球与内、外圈的接触应力也具有不确定性。但当轴向冲击载荷不变时，随着径向冲击载荷的增大，内、外圈接触应力随之增大，且内、外圈接触应力与仅受单一径向冲击载荷时的接触应力差别不大。这说明在联合冲击载荷下，径向冲击载荷起主导作用，轴向冲击作用于套圈整周，对轴承强度影响相对较小。

  在球与保持架碰撞力方面，当轴向冲击载荷为 10,20kN 时，球与保持架的碰撞力与无冲击载荷时差别不大;当轴向冲击载荷为 30,35kN，径向冲击载荷为 100kN 时，球与保持架的碰撞力突然增大，随后保持不变。这可能是因为球与保持架之间的碰撞力属于随机碰撞接触力，在球离开承载区时，球自转速度降低，运动不稳定性升高，会产生对保持架的碰撞作用;当径向冲击载荷较小时，球运动较为平缓，保持架碰撞力较小，当径向冲击载荷变大时，轴承径向被压紧，球的运动受到限制，保持架碰撞力也较小。

  三、冲击载荷对深沟球轴承保持架铆钉应力分布的影响

  为研究冲击载荷对深沟球轴承保持架铆钉应力分布的影响，建立保持架有限元分析模型。设定球与兜孔间作用力以及铆钉预紧力的不同组别，无冲击载荷时球与兜孔间的作用力为 29.5872N，有冲击载荷(轴向冲击载荷为 30kN，径向冲击载荷为 114kN)时球与兜孔间作用力为 56.7999N。

  通过分析保持架铆钉应力云图和不同预紧力下的铆钉应力可知，有冲击载荷时，随着铆钉预紧力减小，铆钉应力先减小后增大。这是由于预紧力减小，保持架错位发生变形，抵抗保持架错位带来的挤压使应力减小，后因错位量增大，铆钉受到挤压，应力增大。在预紧力为 20,30N 时铆钉应力较小，不易失效。

  同时，保持架在冲击载荷下会产生移动，导致铆钉受力不均，如左侧铆钉受压力，右侧铆钉受拉力，造成特定位置的应力同时变大。随着铆钉预紧力的减小，保持架变形先无变化后逐渐增大。当预紧力低于 30N 时，保持架下半部分出现较大变形，铆钉对保持架的压紧效果变差;但预紧力过大时，铆钉头处易产生应力集中，进而引起铆钉头处的早期疲劳失效。综合考虑，最佳预紧力为 30N。

  在2025年深沟球轴承行业竞争中，深入了解深沟球轴承在大冲击载荷下的力学性能是提升产品竞争力的关键。通过建立动力学模型，分析不同冲击载荷下套圈接触应力、球与保持架碰撞力以及铆钉应力分布情况，得出以下结论：轴向冲击载荷不变时，随着径向冲击载荷减小，内、外圈最大接触应力整体呈减小趋势，承受联合冲击载荷时的内、外圈最大接触应力与仅受单一径向冲击载荷接近;在较小轴向冲击载荷下，球与保持架的最大碰撞力处于稳定值，增大轴向冲击载荷，球与保持架的最大碰撞力在径向冲击载荷下突增;有冲击载荷时，随着铆钉预紧力减小，铆钉应力先减小后增大，最佳预紧力为 30N 。这些研究成果为深沟球轴承的设计优化、性能提升提供了重要依据，有助于企业在激烈的市场竞争中占据优势地位，推动深沟球轴承行业的技术进步与发展。