圆柱滚子轴承具有承载能力大、安装方便等特点,广泛应用于重载机械系统中。由于该类轴承不具备自动调心功能,轴承在装配过程中的不对中问题和服役环境下的倾覆力矩会导致其工作于偏载工况下。圆柱滚子轴承的偏载一方面导致滚子重载端过度磨损,出现早期失效现象,大大缩短轴承的服役寿命,另一方面致使轴承刚度发生生变化,影响轴承的振动行为。目前虽然对偏载工况下圆柱滚子轴承的研究取得了一定的成果,但是对于轴承在偏载作用下的刚度特性分析,以及滚动体的优化修形方面,仍然存在许多挑战。因此,开展偏载工况下圆柱滚子轴承的力学性能及修形优化研究,具有重要的研究意义。本文以圆柱滚子轴承为研究对象,开展了偏载工况下,负载、修形对轴承力学性能及疲劳寿命的影响研究。主要的研究内容如下:(1)考虑滚动体的修形,基于切片方式和影响系数法建立了圆柱滚子轴承偏载作用下的接触力学解析模型,采用有限元法验证了模型的有效性,分析了偏载对轴承接触性能的影响。(2)采用滚子与滚道的切片理论,综合考虑了滚子与滚道接触副的刚度和油膜刚度,利用刚度串、并联公式,提出了轴承偏载时刚度计算方法,通过有限元模型验证了该方法的可行性,开展了偏载量、转速、游隙等对轴承刚度的影响研究。(3)基于圆柱滚子轴承在偏载下的刚度辨识方法,设计搭建了可以模拟轴承偏载工况的试验台,开展了不同工况下轴承刚度测试研究,揭示了轴承载荷、转速、偏载量等对轴承刚度的影响规律。(4)根据滚子母线传统修形设计方式和轴承偏载时应力分布特性,提出了非对称和指数母线相结合的滚子母线修形方法,有效改善了轴承偏载时的应力集中现象。并以轴承的最大寿命为优化目标,采用遗传算法优化指数母线的修形参数,提高了轴承的服役寿命。通过本文的研究,完成了圆柱滚子轴承在偏载作用下的接触力学性能建模,提出了轴承偏载下的刚度计算方法,研制了模拟轴承偏载的刚度测试试验台,明确了偏载对轴承接触性能、刚度特性及疲劳寿命影响机理,实现了滚子母线修形的优化设计。本文研究结果为承受偏载作用的圆柱滚子轴承的结构设计提供了理论支撑与技术参考。