考虑油膜润滑的轮毂轴承弯曲疲劳寿命预测与分析*

为精确分析预测某型轿车轮毂轴承的弯曲疲劳寿命,考虑轴承工作状态下游隙与油膜厚度的关系,以及温度对游隙和油膜厚度的影响,结合点接触弹流油膜厚度计算方法,精确计算其最小油膜厚度值;根据ISO提供的对Lundberg-Palmgren寿命模型修正方法,计算油膜参数和润滑剂黏度比,从而确定修正系数,建立改进的寿命模型。为了验证改进模型的正确性,使用旋转弯曲疲劳寿命试验机进行疲劳试验,试验结果在误差合理区间内,证明研究模型的可靠性。建立轮毂轴承载荷分布分析模型,讨论中心距对最大滚动体载荷的影响,研究轮毂轴承的疲劳寿命在不同纯弯矩载荷和不同车速下随中心距的变化规律。结果表明：弯矩载荷是影响疲劳寿命的主要因素,增加中心距可以延长轴承寿命;轴承润滑条件与轴承转速有关,在一定范围内,转速越高,其内部润滑越充分,使用寿命越长。     

深沟球轴承内部载荷序列与寿命计算

以深沟球轴承为研究对象,建立钢球与内外滚道的滚动接触模型,在疲劳寿命的计算中考虑轴承的运动特性。考虑球轴承中同时承载的滚动体个数随时间变化,提出了一种更为准确的载荷分布计算模型。分析了相同外部载荷作用下,不同游隙、不同转速对轴承内部载荷的影响。针对4种不同运动状态下的深沟球轴承,分析内圈、外圈和滚动体上一点的接触应力随时间的变化规律,计算得到其载荷序列。考虑内外圈不同运动状态对轴承应力循环次数的影响,对Lundberg-Palmgren(L-P)寿命模型进行了修正,计算了轴承内圈、外圈、滚动体以及轴承整体的寿命。对比不同运动状态下两种模型计算的寿命,在仅有一个套圈旋转时,修正的寿命与初始L-P寿命较为一致,当两个套圈同时旋转时,修正的L-P寿命与常用的L-P寿命计算结果存在较大差异。     

风电主轴双支承圆锥滚子轴承疲劳寿命计算

针对直驱式风电机组主轴双支承圆锥滚子轴承组合，建立了一种轴承疲劳寿命理论计算方法。首先，在笛卡尔坐标系中对轴承滚道进行数学描述；其次，运用坐标变换原理建立滚子-滚道接触变形与套圈位移之间的数学关系，借助于变形协调条件和受力平衡条件解决滚子载荷分布的静不定求解问题，通过对模型的数值求解得到轴承内部每个滚子的载荷；然后，运用有限长线接触理论建立修形滚子与套圈滚道之间的弹性接触模型，计算得到滚子与滚道之间的接触应力分布和滚道边缘应力修正函数；最后，通过边缘应力修正函数修正当量滚子切片载荷，进而准确计算轴承疲劳寿命。实例分析结果表明：滚子素线修形量对滚子与滚道之间的接触应力分布和轴承疲劳寿命有显著影响，轴承疲劳寿命随滚子凸度系数增大先急剧上升，达到最大值后缓慢下降。     

三排圆柱滚子转盘轴承寿命计算

提出了一种三排圆柱滚子转盘轴承在径向、轴向载荷和倾覆力矩联合作用下疲劳寿命的计算方法。通过轴承的径向和轴向静力平衡分析计算得到各排滚子的载荷,进而计算出各个套圈的当量滚动体载荷,由套圈的额定滚动体载荷和当量滚动体载荷计算出各个滚道的额定寿命,最终求出整个轴承的疲劳寿命。     

引入滚动体尺寸偏差的球轴承寿命模型

针对尺寸偏差引起的固定滚道应力循环状态的变化,提出了滚动轴承等效载荷态的概念,并在此基础之上,结合Lundberg-palmgren(L-P)寿命理论及Miner疲劳损伤累积假说,提出了一种修正L-P寿命模型。基于该疲劳寿命计算模型,以6008型普通深沟球轴承为例,考虑到滚动体尺寸偏差的分布形式,对滚动体尺寸偏差、载荷及游隙等因素对轴承疲劳寿命的影响进行了计算并对结果进行了统计学分析。模型预测结果与相关文献的试验数据进行了对比,得出如下结论:1)尺寸偏差值增大,疲劳寿命系数降低;2)随着载荷的增大,尺寸偏差对轴承疲劳寿命影响逐渐减弱;3)存在一个较小的负游隙使得轴承疲劳寿命系数达到最小;4)滚动体尺寸偏差服从呈正态分布时,轴承疲劳寿命系数亦呈正态分布。     

随机道路载荷下轮毂轴承服役寿命预测方法研究

针对当前轴承寿命评价主要基于定值载荷工况,对于径向力、轴向力及弯矩动态耦合效应考虑较少,导致轴承实际服役寿命与理论寿命存在较大差异的问题,提出一种随机道路载荷下轮毂轴承的服役寿命预测方法.以试验场实测轮心六分力载荷数据为基础,通过联合分布计数确定多轴载荷间耦合频次关系,以确定损伤载荷作用次数;根据轴承滚子-滚道间的变形协调关系,并考虑弯矩作用下滚子角位移及滚道错位对载荷传递的影响,建立圆锥滚子轴承的外滚道-滚子-内滚道瞬时接触载荷计算模型;综合多轴载荷联合分布计数结果与接触载荷计算模型,采用Newton-Raphson迭代算法求解得到轴承周向接触载荷序列,并与Romax仿真结果对比验证结果的有效性;基于修正的L-P理论得到多轴载荷对应下的轴承当量动载荷,综合联合分布计数结果、线性损伤累积准则,完成试验场随机道路载荷下轮毂轴承寿命计算,并通过台架试验验证结果的准确性和方法的合理性.由此,可为轮毂轴承的设计选型及寿命预测提供参考依据.     

尺寸偏差作用下角接触球轴承载荷分布研究

滚动轴承载荷分布的求解直接关系轴承承载能力、润滑特性、疲劳寿命等性能指标的计算。针对实际加工过程中存在的尺寸偏差,提出了考虑滚动体尺寸偏差的角接触球轴承载荷分布计算模型,分析了尺寸偏差大小、位置、数目、分布方式对轴承载荷分布的影响以及不同游隙下尺寸偏差的影响效果。通过对7218B型角接触球轴承的计算分析得出如下结论:对单个滚动体尺寸偏差而言,滚动体载荷变动量与尺寸偏差值呈线性关系,与滚动所处周向位置相关,但与轴承游隙无关;对多滚动体尺寸偏差而言,尺寸偏差滚动体的分布方式及相对大小均会对载荷分布产生重要影响。     

基于ROMAXDESIGNER的第3代轮毂轴承单元寿命计算分析

利用ROMAXDESIGNER建立轮毂轴承模型,根据路试试验载荷谱对第3代轮毂轴承进行寿命分析。针对载荷谱中对轴承寿命影响较大的工况进行分析,得出轴承接触载荷及应力的分布。并仿真分析轴承预紧对轴承寿命的影响,得出轴承最佳游隙。     

大型三排滚柱式转盘轴承的有限元计算分析

为提高三排滚柱式转盘轴承载荷分布的有限元计算效率,基于该装配体的结构特点,提出一种采用壳单元和非线性弹簧单元相结合的等效建模方法。利用弹簧单元替代滚子的载荷变形行为,并采用壳单元模拟滚子-滚道的接触面。该建模方法减小了非线性接触的计算量,以较低的计算规模有效地获取轴承的载荷分布。并通过静加载实验验证了有限元计算模型的有效性。根据有限元计算分析提供的最大载荷,对滚子-滚道进行接触分析,研究了不同间隙下滚子-滚道接触的应力分布。结果表明,随着间隙增大,滚子-滚道接触的边缘区域应力值增大,从而导致轴承疲劳寿命减小。     

谐波减速器中薄壁轴承接触载荷-应力计算仿真研究

针对经典滚动轴承力学特性的研究大多基于刚性套圈的假设,但无法应用于谐波减速器中发生套圈变形的薄壁轴承问题,基于柔性套圈变形假设得到薄壁轴承接触载荷-应力计算模型,并通过ANSYS建立薄壁轴承柔-柔接触三维有限元仿真模型.分析薄壁轴承装配受载引起套圈变形后滚动体接触载荷分布规律,研究薄壁轴承滚动体-滚道非理想接触下滚动体接触载荷-应力计算模型,指出传统刚性套圈假设、切片法分析薄壁轴承载荷分布以及估算薄壁轴承接触应力的局限性.通过理论数值计算和仿真结果对比,验证了基于柔性套圈假设分析薄壁轴承接触载荷-应力计算及仿真结果的合理性、准确性.     

乘用车轮毂轴承单元侧向冲击损伤分析

针对轮毂轴承单元冲击失效占比越来越高的问题,分析了侧向冲击机理,通过设计1/4转、1/2转及全转向3种不同侧向冲击试验,分析了冲击损伤对轮毂轴承振动噪声、沟道塑性变形与沟道接触疲劳寿命的影响,得到抗冲击型轮毂轴承单元的设计判据为:在主机客户要求的冲击工况下,轮毂轴承单元沟道冲击压痕不大于4.5μm,接触应力小于4900...     

第三代轮毂轴承游隙的分析与检测

为解决第三代轮毂轴承负游隙难以直接获取的问题,将第三代轮毂轴承游隙的间接测量方法与角接触球轴承轴向载荷-位移关系相结合,开展了轮毂轴承游隙与预紧力的分析,建立了卸载力与预紧力之间的关系,提出了装配件和装车件状态下轮毂轴承游隙的计算方法;在利用加载机构模拟锁紧力的基础上,设计了一种能应用于三代驱动和非驱动轮毂轴承的游隙检测方法以获取轮毂轴承游隙.研究结果表明,第三代轮毂轴承的卸载力与预紧力之间存在线性关系,不同初始游隙的轴承在相同锁紧力矩下导致的轴向位移趋于一致.     

Effect of Roller Geometry on Roller Bearing Load–Life Relation

Cylindrical roller bearings typically employ roller profile modification to equalize the load distribution, minimize the stress concentration at roller ends, and allow for a small amount of misalignment. The 1947 Lundberg-Palmgren analysis reported an inverse fourth-power relation between load and life for roller bearings with line contact. In 1952, Lundberg and Palmgren changed their load–life exponent to 10/3 for roller bearings, assuming mixed line and point contacts. The effect of the roller–crown profile was reanalyzed in this article to determine the actual load–life relation for modified roller profiles. For uncrowned rollers (line contact), the load–life exponent is p = 4, in agreement with the 1947 Lundberg-Palmgren value, but crowning reduces the value of the exponent, p. The lives of modern roller bearings made from vacuum-processed steels significantly exceed those predicted by the Lundberg-Palmgren theory. The Zaretsky rolling-element bearing life model of 1996 produces a load–life exponent of p = 5 for flat rollers, which is more consistent with test data. For the Zaretsky model with fully crowned rollers, p = 4.3. For an aerospace profile and chamfered rollers, p = 4.6. Using the 1952 Lundberg-Palmgren value p = 10/3, the value incorporated in ANSI/ABMA and ISO bearing standards, can create significant life calculation errors for roller bearings.     

Fatigue Life Reduction in Mixed Lubricated Elliptical Contacts

Highly loaded ball and rolling element bearings are often required to operate in the mixed elastohydrodynamic lubrication regime in which surface asperity contact occurs simultaneously during the lubrication process. Predicting performance of components operating in this regime is important as the high asperity contact pressures can significantly reduce the fatigue life of the interacting components. Rolling contact fatigue is one of the most dominant causes of failure of components operating in mixed lubrication regime. Contact fatigue begins with the initiation of microscopic fatigue cracks in the rolling contact surfaces or within the sub-surface regions due to cyclic shear stresses. Investigation of mixed lubrication effects on performance of machine components is of significant importance in order to understand and enhance their load carrying capacity. This article investigates the effects of mixed lubrication and surface roughness on machine components performance. Results from a mixed lubrication model are utilized to investigate the effects of different operating conditions on fatigue life of the components. Simple rough surfaces consisting of single hemispherical bump as well as complex rough surfaces consisting of a numerically generated 3D rough surface operating under mixed lubrication conditions are studied and results presented. The stress-based Ioannides and Harris model incorporating the fatigue limit is used to evaluate the fatigue life variation. Fast Fourier Transform (FFT) technique is used to significantly reduce the time required for the computation of internal stresses.     

星载活动部件用轴承的失效仿真分析及试验验证

为了对长寿命卫星活动机构固体润滑轴承进行寿命评价,首先结合赫兹接触理论研究了轴承失效的物理量化模型;其次,通过计算机仿真手段从轴承动力学的角度模拟其安装于单机载荷上的实际工况,得到轴承内部接触摩擦特性及受力特性变化规律;最后,通过试验及得到的相关数据对仿真结果进行闭环验证。研究结果验证了该类固体润滑轴承动力学建模方法的正确性,为低速固体润滑类轴承内部润滑失效提供了定量的判据,并为最终提高二维扫描机构寿命的方法提供了借鉴。     

轴向游隙对轿车轮毂轴承性能的影响

给出了求解轮毂轴承载荷分布、轴承位移的数值方法,然后探讨了轴向游隙对轿车轮毂轴承疲劳寿命和力矩刚性的影响,在此基础上给出了"车轮晃动"的理论解释,并进一步讨论了轴向游隙的设计要点。     

A New Life Theory for Rolling Bearings—By Linkage between Rolling Contact Fatigue and Structural Fatigue

Based on a linkage between rolling contact fatigue and structural fatigue, a new life theory for rolling bearings has been proposed using the three-parameter Weibull distribution function. A minimum life is introduced as the third parameter, which may be considered independent from the statistical strength of material. The following are the new findings: (1) Reliability functions and life equations were introduced for the rolling bearing races and the life test specimens made of the same material (JIS SUJ2/AISI 52100), and the linkage between them has successfully been established by using linkage factors. (2) The 90% load rating and rating life formulas for the races as well as for the whole bearing were developed. (3) Newly introduced 100% load rating and rating life formulas were postulated by introducing the minimum lives for the life tests and theoretical research. (4) For the ratios of each load rating between the test results on the grease-lubricated deep-groove ball bearings and the new life theory, the linkage factors were determined as β = 2.4 and β′ = 2.16 for 90 and 100% load ratings, respectively. (5) A reduction factor λ for 100% load rating was determined as λ = β′/β = 0.9.     

轿车轮毂轴承聚脲润滑脂研究综述

随着轿车轮毂轴承向小型轻量化方向发展,对轿车轮毂轴承润滑脂提出了更高的要求,聚脲润滑脂以其优异的抗氧化性能、高温性能、长使用寿命,已广泛用于轿车轮毂轴承润滑.介绍了轿车轮毂轴承用聚脲润滑脂的主要性能,综述国内轿车轮毂轴承用聚脲润滑脂的研究现状,提出应大力发展和推广应用多效、长寿命的通用聚脲润滑脂.     

轿车轮毂轴承载荷分布数值求解与分析

在考虑接触角的变化和轴向预载荷影响的前提下,基于静力学分析方法建立两自由度的数学模型,介绍了精确求解轿车轮毂轴承载荷分布的数值方法,同时系统分析了侧向加速度和轴向预载荷对载荷分布的影响.轮毂轴承在合适的轴向预载荷状态下工作,可以获得最大的疲劳寿命.