2025年深溝球軸承行業競爭分析：衝擊載荷下的技術突破與市場變革

  在機械製造領域，深溝球軸承作為關鍵零部件，廣泛應用於各類機械設備中，其性能優劣直接影響設備的運行穩定性與可靠性。隨著工業技術不斷進步，機械設備面臨的工況愈發複雜，深溝球軸承常承受大衝擊載荷等複雜受力情況，這對其強度和可靠性提出了更高要求。在2025年的深溝球軸承行業競爭中，如何提升產品在複雜工況下的性能，成為各企業角逐的關鍵。

  一、深溝球軸承動力學模型構建

  深溝球軸承在實際工作中，零件間的相對位置、運動狀態以及作用力十分複雜。《2025-2030年中國深溝球軸承行業發展趨勢分析與未來投資研究報告》為了深入研究其在大衝擊載荷下的力學特性，需要建立精確的動力學模型。以某裝備使用的 6215E 型深溝球軸承為例，通過設立多個坐標系，如以軸承中心為原點的慣性坐標系，以及分別以內圈質心、保持架中心、球中心和保持架兜孔中心為原點的特定坐標系，來精準描述零件間的相對關係。

  基於這些坐標系，考慮球與內溝道、外溝道以及保持架之間的相互作用力，構建球動力學微分方程組。該方程組涵蓋了法向接觸力、流體動壓摩擦力、拖動力、滾動摩擦力、滑動摩擦力、慣性力、空氣阻力、碰撞力等多種力的作用。同時，建立保持架動力學微分方程組和衝擊載荷下的內圈動力學微分方程組，全面考慮各部件在複雜受力情況下的運動狀態。這些方程組為後續深入分析深溝球軸承在衝擊載荷下的力學響應奠定了堅實的理論基礎。

  二、深溝球軸承衝擊載荷下的強度分析

  (一)衝擊載荷設置

  在研究深溝球軸承在衝擊載荷下的強度時，衝擊載荷的設置至關重要。衝擊載荷持續時間為 0.1s，包括從 0 至衝擊峰值的 0.05s 和從衝擊峰值降到 0 的 0.05s。由於衝擊載荷具有周期性，為便於計算，選用正弦函數為深溝球軸承施加軸向衝擊載荷、徑向衝擊載荷以及軸向、徑向聯合衝擊載荷。根據實際載荷譜，軸向衝擊載荷分別取 10,20,30,35kN，徑向衝擊載荷分別取 70,90,100,114,120kN。這樣的設置能夠較為真實地模擬深溝球軸承在實際工況中可能遇到的衝擊情況。

  (二)不同衝擊載荷下套圈接觸應力與保持架碰撞力分析

  無衝擊與單一衝擊對比：在無衝擊載荷和單一徑向或軸向衝擊載荷的工況下，深溝球軸承表現出不同的力學特性。僅受軸向衝擊載荷時，當軸向衝擊載荷由 10kN 增加到 35kN，內、外圈接觸應力相比無衝擊載荷時變化較小;而僅受徑向衝擊載荷時，隨著徑向衝擊載荷由 70kN 增加到 120kN，球會衝擊外溝道，內、外圈接觸應力比無衝擊載荷時分別增大了 161%、159%。這表明徑向衝擊載荷對深溝球軸承套圈接觸應力的影響更為顯著。

  聯合衝擊影響：當考慮軸向和徑向聯合衝擊載荷時，衝擊會使球的運動具有不確定性，進而導致球與內、外圈的接觸應力也具有不確定性。但當軸向衝擊載荷不變時，隨著徑向衝擊載荷的增大，內、外圈接觸應力隨之增大，且內、外圈接觸應力與僅受單一徑向衝擊載荷時的接觸應力差別不大。這說明在聯合衝擊載荷下，徑向衝擊載荷起主導作用，軸向衝擊作用於套圈整周，對軸承強度影響相對較小。

  在球與保持架碰撞力方面，當軸向衝擊載荷為 10,20kN 時，球與保持架的碰撞力與無衝擊載荷時差別不大;當軸向衝擊載荷為 30,35kN，徑向衝擊載荷為 100kN 時，球與保持架的碰撞力突然增大，隨後保持不變。這可能是因為球與保持架之間的碰撞力屬於隨機碰撞接觸力，在球離開承載區時，球自轉速度降低，運動不穩定性升高，會產生對保持架的碰撞作用;當徑向衝擊載荷較小時，球運動較為平緩，保持架碰撞力較小，當徑向衝擊載荷變大時，軸承徑向被壓緊，球的運動受到限制，保持架碰撞力也較小。

  三、衝擊載荷對深溝球軸承保持架鉚釘應力分布的影響

  為研究衝擊載荷對深溝球軸承保持架鉚釘應力分布的影響，建立保持架有限元分析模型。設定球與兜孔間作用力以及鉚釘預緊力的不同組別，無衝擊載荷時球與兜孔間的作用力為 29.5872N，有衝擊載荷(軸向衝擊載荷為 30kN，徑向衝擊載荷為 114kN)時球與兜孔間作用力為 56.7999N。

  通過分析保持架鉚釘應力雲圖和不同預緊力下的鉚釘應力可知，有衝擊載荷時，隨著鉚釘預緊力減小，鉚釘應力先減小後增大。這是由於預緊力減小，保持架錯位發生變形，抵抗保持架錯位帶來的擠壓使應力減小，後因錯位量增大，鉚釘受到擠壓，應力增大。在預緊力為 20,30N 時鉚釘應力較小，不易失效。

  同時，保持架在衝擊載荷下會產生移動，導致鉚釘受力不均，如左側鉚釘受壓力，右側鉚釘受拉力，造成特定位置的應力同時變大。隨著鉚釘預緊力的減小，保持架變形先無變化後逐漸增大。當預緊力低於 30N 時，保持架下半部分出現較大變形，鉚釘對保持架的壓緊效果變差;但預緊力過大時，鉚釘頭處易產生應力集中，進而引起鉚釘頭處的早期疲勞失效。綜合考慮，最佳預緊力為 30N。

  在2025年深溝球軸承行業競爭中，深入了解深溝球軸承在大衝擊載荷下的力學性能是提升產品競爭力的關鍵。通過建立動力學模型，分析不同衝擊載荷下套圈接觸應力、球與保持架碰撞力以及鉚釘應力分布情況，得出以下結論：軸向衝擊載荷不變時，隨著徑向衝擊載荷減小，內、外圈最大接觸應力整體呈減小趨勢，承受聯合衝擊載荷時的內、外圈最大接觸應力與僅受單一徑向衝擊載荷接近;在較小軸向衝擊載荷下，球與保持架的最大碰撞力處於穩定值，增大軸向衝擊載荷，球與保持架的最大碰撞力在徑向衝擊載荷下突增;有衝擊載荷時，隨著鉚釘預緊力減小，鉚釘應力先減小後增大，最佳預緊力為 30N 。這些研究成果為深溝球軸承的設計優化、性能提升提供了重要依據，有助於企業在激烈的市場競爭中占據優勢地位，推動深溝球軸承行業的技術進步與發展。

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