球笼式等速万向节滚道接触应力的有限元分析

球笼式等速万向节的截面形状影响钢球与沟道的接触应力.通过在三维造型软件Pro/E中分别建立圆弧型、双心弧型、椭圆型三种滚道截面形状的球笼式等速万向节的简化模型,导入有限元分析软件ANSYS对其承受极限转矩时的滚道接触应力进行有限元分析,通过和赫兹接触理论计算值进行比较,其相对误差较小.计算结果表明,内滚道接触应力大于外滚道;圆弧型内滚道接触应力大于其他类型滚道,而其外滚道接触应力稍小于其他类型滚道,双心弧型和椭圆型内外滚道接触应力相同;有限元分析结果基本与理论值相符,运用有限元分析方法分析其接触应力是可行可信的.     

等截面四点接触球轴承承载能力分析

等截面四点接触球轴承是工业设备中核心部件之一，实现两部件之间的载荷传递和相对运转，较高的使用频率、冲击载荷、材料的原始缺陷等极易造成薄壁四点接触球轴承损伤，影响工业设备工作精度和效率。通过赫兹接触理论进行接触应力和接触面积的理论分析，获得滚动体与滚道接触区域接触应力和接触面积的解析解。建立滚动体与滚道接触有限元验证模型，通过与赫兹接触理论进行对比，验证数值模型的有效性。最后，运用验证过的滚动体与滚道接触有限元模型对滚动体与滚道接触区域承载能力进行分析。本文的研究有利于提高工业设备等截面四点接触球轴承承载能力的计算精度，为等截面四点接触球轴承的研发设计和优化设计提供可靠的手段和依据。     

两点接触球轴承变曲率沟道的磨削

在球轴承的接触力学研究中,业已证明:和不变曲率或分段不变曲率的沟道截形相比,采用变曲率沟道截形(例如:椭圆、双曲线等),钢球与沟道的接触应力沿接触表面的分布比较均匀,从而可以显著地提高轴承寿命。我们研究球轴承内、外套圈的沟道在其底部与钢球接触(称之为两点接触)的情形。若设钢球半径为 Rw,沟底即 C 处(如图1所示)的曲率半径为ρc,则设计要求ρc>Rw。变曲率沟道截形的几何形状特点,是沟底 C 处的曲率半     

三点接触沟道球笼式等速万向节的圆周间隙分析

针对三点接触沟道的球笼式等速万向节的结构和运动形式,建立三点接触沟道截面圆周间隙的空间立体模型,推导其圆周间隙角度值在任意摆角和转角下的计算公式,利用Matlab软件研究圆周间隙随摆角和转角的变化规律。分析结果表明:在任意摆角下转动一周,三点接触沟道的球笼式万向节与椭圆沟道的球笼式万向节的圆周间隙角度值都存在六次波动,并且在相同的尺寸规格和加工精度条件下,前者的圆周间隙角度值波动较小,其对汽车行驶过程中振动和噪声的影响也较小,分析结果为开发和应用该新结构形式的球笼式等速万向节提供理论依据。     

薄壁四点接触球轴承接触问题有限元分析

基于Ansys有限元软件,提出薄壁四点接触球轴承的逐级梯度细化接触区域的单元网格划分方法。建立等截面薄壁四点接触球轴承1/2单个滚动体与套圈及整个轴承有限元模型。计算分析了网格单元尺寸对四点接触球轴承接触特性的计算精度影响,求解整个轴承有限元模型在静径向力下的载荷分布规律,获得了薄壁四点接触球轴承较为精确的椭圆接触区域形状和四点接触状态。研究表明:对于接触特性计算,网格划分单元尺寸近似于接触椭圆短半轴的50%时便可以得到较精确计算结果,对于薄壁四点接触球轴承,钢球与内、外圈滚道的接触应力、等效应力和接触变形与径向载荷呈非线性递增关系,接触应力大小和载荷分布的计算结果与赫兹接触理论计算值具有较好的一致性。计算结果较为精确的模拟了薄壁四点接触球轴承的接触特性和载荷分布规律。     

弹性点接触问题的数值求解与应用

两个弹性体间的点接触问题是一个经典的弹性接触问题。本文旨在对弹性点接触问题的数值求解及其在滚动轴承局部接触问题中的应用进行探讨。1　弹性点接触问题的基本理论　　如图1所示,设任意两个弹性曲面体、在图1　两个接触体的点接触示意图外载荷Q作用下进行接触,在Q未作用前两物体仅在O点相互接触,O点附近的主曲率半径分别是R1、R2和R1、R2;同时记两接触体上相应主平面之间的夹角为ψ;在外载荷作用下,接触区域扩展为椭圆,其长半轴为a,短半轴为b,最大接触应力为pmax,弹性趋近量为δ。HertzH于1881年通过假设接触应力为半椭球体分布,用…     

球头副曲率半径对力传感器方位误差的影响

对不同接触形式的球头副的载荷偏心量和接触应力进行了分析,并设计了9对不同接触形式、不同结构尺寸的球头副进行方位误差测量。实验结果发现,相对于球面-球面点接触形式球头副,球面-平面点接触形式球头副的方位误差更小,球面-球面完全接触形式球头副与球面-平面点接触形式球头副的偏心载荷相当;调整角度较小时,可以选用球面-球面点接触或球面-球面完全接触,调整角度较大时,宜采用球面-平面点接触或半径较小的球面-球面完全接触。     

基于接触应力的氮化硅混合陶瓷球轴承曲率半径优化设计

利用ANSYS Workbench建立了基于赫兹理论假设条件的6206氮化硅混合陶瓷球轴承有限元分析模型,得到了滚动体与内、外圈的接触应力分布,计算结果与赫兹接触理论的一致性较好,证明该有限元分析模型的正确性。在此基础上,对滚动体施加旋转载荷,滚动体与内、外套圈接触区域添加摩擦,弥补了赫兹接触理论假设的局限性,得到了复杂工况下的接触应力分布。并以最大接触应力为目标函数,采用直接优化法对内、外圈沟道曲率半径进行优化设计。优化后,轴承的最大接触应力下降了9.21%。     

齿轮线接触与点接触理论与有限元分析

由于制造误差、安装误差、支撑条件、齿轮承载变形等因素的影响,齿轮接触情况复杂且难以试验验证。齿轮接触按照初始接触条件通常分为线接触和点接触,承载后均为面接触:前者接触面为矩形,后者为椭圆形。线接触理论利用赫兹接触理论已经成熟,即采用两个圆柱体的线接触方式进行计算;点接触理论计算较为复杂,须考虑接触椭圆和其他非线性因素。用有限元方法分析渐开线及其修形齿轮的接触状态,计算实例表明,没有考虑安装误差的影响,线接触的仿真结果与赫兹接触理论相吻合,且接触状况明显好于点接触;当考虑安装误差的影响,二者接触应力均有上升,但线接触的接触状况明显恶化,接触应力急剧上升57倍以上,而点接触的接触应力上升不到1倍,说明齿轮线接触对安装误差的敏感性远大于齿轮点接触,极易造成齿轮的点蚀破坏。     

风电变桨轴承工况条件下非均匀接触行为

建立了风力发电机组变桨轴承弹塑性接触系统有限元模型,用于风电机组变桨轴承双列四点接触球轴承接触特性分析。同时,采用解析方法计算分析了最大承载球接触载荷,用于验证有限元接触模型的合理性。在给定设计参数及特定工况下,得到了轴承最大位移量、最大接触应力以及球最大接触载荷,并分析轴承沟道典型制造偏差对球与沟道接触特性的影响,结果表明:风电机组变桨轴承在倾覆力矩、轴向和径向载荷同时存在时,过大的轴承沟道制造偏差将导致球与沟道发生极端非均匀接触现象,同时,随着轴承沟道制造偏差增大,球与沟道总体非均匀接触程度增强。     

球笼式等速万向节内部接触应力的有限元分析

通过三维重构技术建立轿车球笼式等速万向节的三维模型,并应用ANSYS软件对其承受极限转矩时的内部接触应力进行有限元分析,最后对比两种极限工况的数值解.结果表明,球笼式等速万向节内滚道接触应力大,易于磨损,疲劳寿命短.     

Rolling-Sliding Analysis in Ball Bearing Considering Thermal Effect

An analytical method is applied in the calculations of ball contact angles varying with the position angle of a ball bearing with a centrifugal force. This is further extended to investigate the thermal slipping behavior occurring at the contact surface of the inner raceway. The sliding velocities at the contact area are analyzed in the present study by the ball bearing contact mechanisms. The shear stress created at this contact surface is evaluated by considering the temperature-pressure dependence of the lubricant viscosity. The contact temperature of a ball and the inner raceway is obtained if the frictional heat created by the shear stress is available. Under the condition of controlling the outer raceway temperature, the thermal deformations of all components of a ball bearing are taken into account in the evaluation of bearing performance. Comparisons are made for several parameters, including the normal load, linear slip velocity, and linear traction force, between the results of considering the thermal effect or ignoring it. The friction torque evaluated by taking the thermal effect into account is higher than the torque evaluated when ignoring the thermal effect.     

角接触球轴承摩擦力矩波动性分析

针对低摩擦力矩角接触球轴承,利用能量守恒定律,研究角接触球轴承零件工作表面的波纹度对轴承摩擦力矩波动性的影响,从理论上对角接触球轴承零件工作接触表面的波纹度幅值、谐波阶次与轴承摩擦力矩波动性的关系进行分析,给出影响角接触球轴承摩擦力矩波动性的内、外滚道和钢球工作表面的主要波纹度谐波阶次和相应的激振频率,并试验验证.研究...     

中子应力谱仪样品承重台回转支承载荷分析

针对中子应力谱仪样品承重台(简称“中子谱仪样品台”)旋转运动机构用三排圆柱滚子回转支承的特殊结构和受载情况,基于Hertz理论,实现了力学分析模型的建立和求解,在此基础上通过有限元法分析了中子谱仪样品台极限工况下滚子与滚道之间的接触特性,然后分析了轴向载荷、径向载荷、滚子数量对回转支承刚度的影响。研究结果表明：在中子谱仪样品台极限工况下,上排滚子与滚道的接触区域等效应力最大,为76.98MPa,外圈滚道的最大等效应力为14.82MPa,内圈滚道最大等效应力为11.26MPa;刚度分别随轴向载荷、径向载荷和滚子数目的增大而增大,且均成非线性关系,当轴向载荷增至1200kN、径向载荷增至300kN时,轴向刚度和径向刚度增长趋势明显减慢,当上排与下排滚子数量增至170时,轴向刚度的增大趋势明显加快。研究结果为中子谱仪样品台旋转运动机构的设计提供了参考。     

基于滚动蠕滑理论的球轴承摩擦力矩计算方法

基于滚动接触蠕滑理论将球轴承滚动体与滚道的接触问题分解为法向赫兹接触子问题和切向粘滑子问题,提出了基于滚动接触蠕滑理论的球轴承摩擦力矩计算方法,揭示了球轴承滚动体相对内外滚道的滚滑粘着运动特性,解决了球轴承滚动体运动姿态难以确定的问题,为固体润滑/干接触条件下球轴承摩擦力矩的准确计算提供了理论依据。在轴向载荷作用下对采用PTFE保持架全陶瓷Si₃N₄/GCr15/不锈钢球轴承进行摩擦力矩试验,试验结果与计算结果对比表明,球轴承蠕滑分析模型能够得到比较准确的摩擦力矩计算结果,比不考虑滚动接触区粘滑效应的切片离散化模型更准确。     

传动机构用四点角接触球轴承的改进设计

某型号主机配套使用的四点角接触球轴承承受大的径向力和倾覆力矩，原来的结构不能满足主机的工况要求。通过减小接触角、增大钢球直径和采用满球设计提高其承载能力；用桃形沟道代替直沟道以减小接触应力；装配时将两半内圈压紧达到预定游隙以提高系统刚度等措施使轴承的最大接触应力降低至不足原结构的1／3，摩擦力矩为原结构的1／5。     

机器人用四点接触球轴承旋转精度影响因素

针对机器人用四点接触球轴承旋转精度难以预测和控制的问题，提出了同时考虑轴承内圈沟道和外圈沟道圆度误差的轴承旋转精度数值计算方法。根据轴承内部元件运动学和几何学关系建立轴承旋转精度数值计算模型。使用MATLAB编写轴承旋转精度求解程序，得到内圈沟道圆度误差幅值和谐波阶次、外圈沟道圆度误差幅值和谐波阶次、钢球直径偏差及钢球个数对轴承旋转精度的影响规律。进行了轴承旋转精度试验，验证了仿真结果的正确性。轴承旋转精度涉及很多指标，所研究的四点接触球轴承旋转精度衡量指标指轴承外圈径向跳动。结果表明：轴承外圈径向跳动随着内外沟道圆度误差幅值的增大先平稳后快速增大，随着内圈外沟道圆度误差谐波阶次的增大呈现周期性变化，随着钢球直径偏差的增大呈线性减小，随着轴承内部钢球个数的增大呈指数减小。所建模型解决了四点接触球轴承旋转精度难以进行理论求解的问题，能够准确预测轴承的旋转精度，为四点接触球轴承的精度设计提供了理论基础。     

等速万向节圆弧沟道参数的优化设计

用数学分析方法对柠檬式沟道进行优化设计，确定沟道和接触压力角的约束条件，通过计算接触应力确定等速万向节的两个重要承载参数：相似系数G和比载荷☆，并对万向节的使用寿命进行比较计算，证明柠檬式沟道万向节具有较高的承载能力，可提高万向节的使用寿命。     

圆锥滚子轴承轴向载荷与预紧力矩的关系

研究圆锥滚子轴承在预紧状态下轴向载荷与预紧力矩及最小预紧力的关系.首先,对受载的圆锥滚子轴承的滚子进行受力分析,推导轴向载荷和滚子的内、外滚道,内圈挡边法向接触载荷的关系;其次,通过对滚动体的内、外滚道,内圈挡边的法向接触载荷与预紧力矩的分析,推导轴向载荷与预紧力矩的关系;并且,针对一对圆锥滚子轴承,讨论其轴向载荷与最小预紧力的关系.通过以上分析,最后得出圆锥滚子轴承在预紧状态下轴向载荷与预紧力矩的线性关系和最小预紧力的表达式.     

风电偏航轴承接触力分布与疲劳寿命分析

根据风电偏航轴承的结构和受载特点,建立轴承的整体有限元模型并求解联合载荷下的接触力分布.为降低模型复杂性和减小计算规模,通过赫兹接触理论获取滚动钢球与滚道的接触力和变形关系;将这些变形特征赋予非线性的弹簧单元,使弹簧单元与钢球的接触变形特征一致,从而模拟钢球与滚道的接触,并通过经验公式和实验验证了模型的正确性.建立轴承...