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轧机轴承是森吉米尔轧机中易磨损的重要零部件，在轧辊轴承的设计和应用中，轴承的承载能力和寿命问题是必须考虑的问题。因此，研究长寿命森吉米尔轧机轴承的机理具有十分重要的学术和实用价值。本文以多辊轧机中最外一层支承辊轴承为研究对象，建立了轴承套圈柔性变形的受力模型，并且以轴承疲劳寿命为目标对轴承结构进行优化。
首先，通过刚性假设和经典Herz理论计算套圈径向弹性变形量，考虑外圈变形的径向位移，建立了套圈变形的受力模型。以TK-N236支承辊轴承为例，选择轴承径向游隙、滚子个数和套圈壁厚为影响参数，计算轴承参数变化对轴承载荷分布的影响。计算结果表明：过大或过小的径向游隙都会使滚动体载荷分布更加不均匀，选择适当的游隙是十分必要的；滚动体个数过少也会引起载荷分布不均，但增加过多并不能有效地提高轴承的承载能力；壁厚对载荷分布影响较大，在保证其他设计参数合理的情况下，应尽量增大套圈壁厚以减小套圈的弹性变形量。
其次，根据滚动轴承载荷分布理论和经典接触理论，对双列圆柱滚子轴承的额定动负荷和额定静负荷进行公式推导。利用优化设计理论，提出滚动轴承寿命优化的目标函数，并且根据理论和实际使用情况确定边界条件，结合Matlab遗传优化算法工具箱编制程序，并利用Matlab中的GUI模块编写人机交互界面，从而使普通工程技术人员不必了解Matlab语言即可使用本文编写的优化程序，方便在实际设计工作时使用。为避免滚动体与滚道接触副之间产生应力集中现象，还对轴承滚动体进行凸度设计，达到减小边缘效应的目的。
最后，通过ANSYS软件对优化前后轴承的接触应力分布进行有限元模拟分析，直观地模拟轴承在实际工况中的应力分布状态。从分析的最终结果可以看出，轴承的应力分布进一步优化，最大应力值得到明显的减小，验证了优化结果的可靠性。另外，还从材料和热处理两个方面讨论了它们对轴承寿命的影响，通过试验证明了优化后轴承使用寿命有了明显的提高。