工业机器人用薄壁四点接触球轴承作为工业机器人的关键配套元件,其性能对机器人主机的动作精度、平稳性、灵活性、寿命和可靠性等性能指标起着决定性的作用。为解决目前内此类轴承尚无成熟设计分析方法的问题,并满足工业机器人主机的配套需要,有必要对工业机器人用薄壁四点接触球轴承设计理论和设计方法进行研究,建立此类轴承的优化设计及分析方法,为内此类轴承的开发提供理论支持和设计依据。 

       鉴于此,本文以工业机器人用薄壁四点接触球轴承为研究对象,根据此类轴承的结构点、工况条件及使用要求,先,从目标函数选取、约束条件确定和多目标优化设计问题求解方面,对其主参数优化设计方法进行了研究,建立了轴承主参数优化设计的数学模型和求解方法,并编写了优化设计的求解程序;然后,从轴承沟曲率半径系数、挡边高度、沟位置、游隙及性能等方面对其结构参数设计进行了研究,提出了轴承关键结构参数的设计方法;在此基础上,针对典型型号工业机器人用薄壁四点接触球轴承FPXU408-ZRZ,采用ANSYS有限元仿真分析软件,建立空心轴、FPXU408-ZRZ轴承和轴承座这轴系的整体有限元仿真分析模型,按实际工况条件施加边界条件,对轴承进行了整体有限元分析,完成了此柔性支承轴承载荷分布问题的求解;后,以Lundberg-Palmgren轴承寿命理论为基础,采用基于轴承实际载荷分布的寿命计算方法,对FPXU408-2RZ轴承寿命进行了精确计算。 

       通过本文的研究,初步建立了工业机器人用薄壁四点接触球轴承主参数和结构参数优化设计方法,弥补了内此类轴承缺乏设计方法的不足;解决了此柔性支承轴承载荷分布和寿命精确求解问题。有限元分析表明,轴系弹性变形对轴承内部载荷分布状态和寿命有很大影响,采用经典方法求解柔性支承轴承的载荷分布和寿命存在很大的误差,而有限元法可以很好的求解此问题。