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。     

自旋条件下角接触球轴承的弹流润滑分析

为研究自旋状态下角接触球轴承参数对弹流润滑性能的影响,建立角接触球轴承中考虑自旋运动的弹流润滑模型,分析角接触球轴承的内沟槽曲率半径系数、内圈接触角、外圈接触角、滚动体数目及转速等参数对弹流润滑性能的影响,并分析固定参数下影响自旋速度和旋滚比的主要因素。研究结果表明:随着内沟槽曲率半径系数的增加,接触半径逐渐减小,油膜厚度略微减小,而油膜压力明显增加;随着内圈接触角的增加,油膜的不对称性明显增强,而随着外圈接触角的增加,自旋速度在0°~70°之间逐渐减小,在70°~90°之间逐渐增大;轴承滚动体的数目越多,单个滚动体所受的载荷越小,油膜厚度越大,中心油膜压力越小;角接触球轴承中,影响自旋速度的主要因素为轴承内圈速度及内、外圈接触角的大小,影响旋滚比的主要因素为内、外圈接触角的大小。     

基于轻量化的角接触球轴承套圈挡边尺寸设计

基于滚动轴承的轻量化设计原则,根据角接触球轴承套圈滚道和滚动体之间的接触几何关系,建立了套圈挡边高度的计算模型,并结合赫兹点接触理论和轴承内部位移-变形协调条件给出了求解方法。以某高速角接触球轴承为例进行了计算并分析了工况参数对套圈挡边尺寸设计的影响规律,结果表明工作在重载荷工况下的轴承必须将挡边高度增大,而工作在高转速工况下的轴承其外圈挡边高度可以适当减小。分析结果可为轴承优化设计和失效分析提供参考依据。     

复杂工况下脂润滑推力角接触球轴承温升特性研究

复杂工况下,脂润滑角接触球轴承的温升特性对轴承的安全运行具有重要影响。针对脂润滑推力角接触球轴承在复杂工况下的温升特性进行研究,建立了推力角接触球轴承摩擦发热率数学模型;基于传热学理论,分析主轴-轴承-轴承座系统传热方式,建立轴承温升模型,通过试验验证了模型的合理性;基于轴承温升模型,分析了轴承工况参数和结构参数对轴承外圈温升特性的影响规律。结果表明,所建模型可以较好地预测复杂工况下轴承外圈温升,仿真结果与试验结果最大误差为8.3%;轴承在运行开始后20 min内,轴承外圈温升速率较快;载荷、转速的增大以及环境温度的升高均能使轴承外圈温升增大;钢球数增多和沟曲率半径系数增大均能使轴承外圈温升下降。研究结果为脂润滑推力角接触球轴承的优化设计提供了理论依据。     

考虑接触参数与摩擦生热交互影响的高速角接触球轴承温升预测研究

为精确预测高速角接触球轴承在实际工况下的温升,通过对角接触球轴承的生热机理分析,提出一种考虑接触参数与摩擦生热交互影响的高速角接触球轴承温升预测方法.利用Abaqus有限元软件脚本接口技术,自主编制Python脚本程序,实时提取受载的角接触轴承的接触参数为初始量,计算轴承摩擦生热量,将其作为时变热载荷,加载至有限元模型上,求解在径向载荷和转速作用下的高速角接触球轴承温升,得到接触参数、摩擦生热量、温升之间的相互影响关系,最后采用轴承温升实验对数值模拟结果进行验证.结果表明:考虑接触参数与摩擦生热交互影响下的高速角接触球轴承温升预测方法更符合实际工况.     

曲率半径对深沟球轴承接触特性的影响

轴承滚动体的接触特性是影响轴承性能的重要因素之一,为分析曲率半径对深沟球轴承接触特性的影响,以应用于行星传动机构中的SKF618/8型单列深沟球轴承为例,基于有限元软件对轴承应力、应变、速度、接触力等接触特性进行仿真分析,并分析不同内圈曲率、外圈曲率、滚动体直径对其的影响。研究结果表明,滚动体接触速度、应力、应变均以波峰波谷形式交替变化,应力、应变主要集中在滚动体与内外圈接触的区域,应力值随内圈曲率、外圈曲率、滚动体直径的增大而增大,且滚动体与周向旋转中心的距离越远,速度越大;滚动体与内圈、外圈的接触力大小、波动基本相同,大小与径向载荷值基本相同,与保持架作用力很小。     

基于摩擦生热和接触应力的角接触球轴承结构参数分析

采用轴承拟静力学分析方法建立了角接触球轴承内部载荷模型和局部法生热模型,在改变轴承主要结构参数、外载荷和转速条件下,计算了某角接触陶瓷球轴承生热和球与内外圈间的接触应力。结果表明:内、外沟曲率系数是其重要的影响参数,通过确定轴承生热、内外圈接触应力以及外载荷的范围,可以求出较优的轴承内、外沟曲率系数。     

基于联合载荷的角接触球轴承轴向承载能力研究

针对角接触球轴承受联合载荷作用时轴向承载能力计算复杂的难点,综合考虑各滚动体所受载荷和实际接触角均不相同等因素,采用变形协调原理和Hertz弹性接触理论,以任一滚动体接触椭圆不被截断,即实际接触角不大于安全接触角为临界条件,以受纯轴向载荷时轴向承载能力的通用算法为基础,提出了基于联合载荷的该类轴承计算轴向承载能力的改进算法。该改进算法通过专业软件的分析得到了较好验证,具备工程计算意义。以SKF 7316 BECBM轴承为例,对上述两种算法进行了对比分析。实例计算结果表明:角接触球轴承所受径向载荷会使其轴向承载能力适当增大,弯矩会使其轴向承载能力明显减小,且随着弯矩的增加,轴向承载能力减小得越快,与径向载荷相比,弯矩在改变轴向承载能力的因素中占主导。     

计入套圈径向热位移的角接触球轴承动力特性分析

鉴于高速条件下热位移对角接触球轴承性能有重要影响,推导了轴承套圈径向热位移计算公式,给出了考虑套圈径向热位移影响的高速角接触球轴承动力特性计算方法和相应程序。对7012C轴承的计算结果表明,轴承套圈尤其是内圈径向热位移较大,由此引起内外圈沟道间的径向相对位移;随着轴承内外圈热位移的增大,内接触角减小而外接触角增大,滚动体的离心力减小而陀螺力矩增大,接触变形、接触应力、接触载荷以及轴承刚度明显增大。因此,为使角接触球轴承动力特性分析会更加精确、更加符合实际,必须计入套圈径向热位移影响。     

考虑热诱导载荷和摩擦生热交互影响的高速角接触球轴承温度场分析

高速电主轴角接触球轴承内部的摩擦会使轴承温度升高,进而影响主轴的使用性能。为精确分析高速角接触球轴承的温度场,提出了一种考虑热诱导载荷和摩擦生热交互影响的轴承温度场分析方法。首先建立考虑差动滑动、自旋滑动、载荷以及润滑油黏性引起的摩擦的总摩擦生热量计算模型和热诱导载荷计算模型,然后分析两者之间的交互影响,最终基于有限元分析软件得到轴承稳态温度场,结果表明：稳态时轴承最高温度在球与内圈接触区域,球与外圈的接触区域温度较低;考虑热诱导载荷时差动滑动、自旋滑动以及载荷引起的摩擦生热量大于未考虑热诱导载荷,润滑油黏性引起的摩擦生热量无变化;考虑热诱导载荷时球与内圈的接触力及温升大于未考虑热诱导载荷。