滚动轴承是一种重要的机械基础元件,广泛应用于各类旋转系统中。作为滚动轴承的一种,深沟球轴承主要用来承受径向载荷,并可承受部分轴向载荷。然而,在某新型高超声速飞行器空气舵系统中,深沟球轴承必须承受较大弯矩载荷,并发生了卡死故障。本文以大弯矩载荷下空气舵系统机械传动组件为研究对象,重点研究深沟球轴承内外环之间的极限倾斜角。首先,利用赫兹弹性接触理论对61809深沟球轴承滚动体与内外环滚道之间的接触应力进行了求解,得到了61809深沟球轴承可以承受的极限径向载荷的参考值为4kN。其次,利用滚动轴承内外环极限倾斜角计算公式并结合机械设计手册的有关内容,计算得到了61809深沟球轴承内环外极限倾斜角的理论值,并换算成了极限位移,为有限元数值仿真分析提供参考标准。在上述基础上,对单个61809深沟球轴承内外环极限倾斜角进行了比较细致的有限元数值仿真,主要考虑了摩擦系数、径向载荷、材料对轴承内外环极限倾斜角的影响。结果表明,轴承极限偏转位移不受摩擦系数和径向载荷的影响,采用不锈钢材料时轴承的极限偏转位移要比采用轴承钢材料时的极限偏转位移大一些,即采用不锈钢材料时轴承可以承受的弯矩载荷小一些。同时,对单个轴、轴承座的极限位移也进行了分析。然后,对轴承系统进行了有限元数值仿真分析,以研究结构装配对轴承抵抗弯矩载荷的影响,主要考虑了实心轴、空心轴、轴承个数以及加载点位置的影响。结果表明,轴承系统装配后可以极大地提高轴承抵抗弯矩载荷的能力,轴承内外环相对倾斜角的大小主要由轴的抗弯刚度决定,而非轴承本身,即舵面发生卡死故障的根本原因是轴的抗弯刚度不够;并且,相对而言,采用三个轴承并没有明显提升轴承系统的力学性能;加载点位置对轴承系统可以承受的极限载荷有重要影响,加载点位置改变了弯矩载荷大小以及轴承系统内部载荷分布,当载荷作用点距离较大时,轴承系统可以承受的极限载荷大大降低。最后,根据轴承系统的特点,分别采用向左右移动轴承3、加固轴承座3的方式对轴承系统进行了优化。结果显示,将轴承3向左移动可以明显提升轴承系统抵抗极限载荷的能力。当轴承3向左移动5mm时,轴承系统可以承受的极限载荷提升了41.11%。