角接触球轴承多体动力学分析

利用ADAMS软件建立了套圈、钢球和保持架的角接触球轴承多体接触动力学仿真模型,在不同转速、径向力和引导游隙下,运用ADAMS软件仿真分析了角接触球轴承的动力学性能、保持架的波动冲击和稳定性,讨论了角接触球轴承的接触力、保持架的角加速度及其质心运动轨迹等的仿真结果。研究结果表明,保持架的波动和稳定性与角接触球轴承的运动速度、引导间隙和载荷等因素相关。多体动力学模型和分析结果为不同工况下使用的角接触球轴承的动态设计和疲劳寿命提供了参考方法。     

椭圆兜孔对高速球轴承保持架动态性能的影响分析

针对高速角接触球轴承保持架常出现断裂等提前失效,根据高速球轴承中球和保持架兜孔的几何位置以及相对速度,分析了二者之间的相互作用关系,建立了椭圆兜孔保持架的动力学仿真计算模型,用Gupta的实验结果验证了方法的可靠性。以某高速角接触球轴承为例,研究了轴承保持架椭圆兜孔对保持架兜孔冲击力以及保持架稳定性的影响,结果表明轴承保持架兜孔设计为椭圆兜孔有助于承受较大径向载荷的高速角接触球轴承的保持架稳定性并减小保持架兜孔的冲击载荷。     

超高速角接触球轴承塑料保持架稳定性研究

本文采用文献法和仿真法,研究了超高速角接触球轴承塑料保持架稳定性。文章的研究思路为:首先,建立了球轴承多体动力学模型;其次,分析了保持架稳定性实例;最后,为了验证模型的可行性,进行了仿真测试。仿真结果表明,测试的超高速角接触球轴承塑料保持架稳定性良好,达到了预期的效果。     

加速过程角接触球轴承保持架动态特性分析

角接触球轴承是数控机床进给系统中的重要零部件,其加速过程转速的变化对其动态性能影响很大。以角接触球轴承7603025为研究对象,建立了角接触球轴承的多刚体动力学分析模型。采用Adams对角接触球轴承在不同径向载荷、轴向载荷和角加速度条件下的加速过程进行了动态仿真,研究了径向载荷、轴向载荷和角加速度三个工况参数对其加速过程保持架的转速、质心轨迹,以及单个滚球与保持架接触力等动态特性的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,径向载荷与角加速度的增大会导致滚球对保持架冲击力变大,从而造成加速过程中保持架转速的波动变大和保持架质心运动不平稳;轴向载荷的增大会导致滚球对保持架碰撞力变小,从而使得加速过程中保持架转速的波动变小和保持架质心运动更平稳。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了所建立的动力学分析模型的有效性。     

高速角接触球轴承中的冲击滑动研究

高速角接触球轴承中,球与保持架的碰撞会导致球与滚道的冲击滑动,从而引起滚道划伤和轴承早期失效。为探究球与保持架的冲击碰撞导致的瞬时滑动,以某高速角接触球轴承为研究对象,通过对联合载荷下角接触球轴承的动力学仿真,分析了变速工况及保持架结构参数对球与保持架的冲击碰撞、球与滚道的冲击滑动以及零件磨损率的影响。结果发现,加减速及恒定转速下,球与保持架的运动呈现周期性变化;由于球进入和离开径向载荷区域时公转角速度的变化,球与保持架碰撞并导致球相对内、外圈滚道发生冲击滑动;为适应球公转角速度的变化,适当增大兜孔间隙,可以减小球与保持架兜孔碰撞力的大小和频率,从而减小球与滚道的冲击滑动以及保持架的磨损率。     

基于ADAMS的双半内圈角接触球轴承动态性能分析

在双半内圈角接触球轴承拟动力学分析的基础上,结合保持架的弹性变形,利用ADAMS系统开发了该轴承参数化刚柔耦合仿真分析模块,分析了轴承各元件间作用力和保持架侧壁上某节点的当量应力随时间的变化情况,并对比了柔性保持架与刚性保持架的动态特性,结果表明:保持架的弹性变形对轴承的动态性能影响很大。     

不同引导方式下保持架运动特性分析

随着对滚动轴承性能的要求越来越高,其动力学特性成为轴承设计至关重要的部分。针对角接触球轴承腔内保持架的运动特性,基于ADAMS建立了保持架不同引导方式下的动力学仿真模型,对比分析了在保持架不同引导方式及不同工况下角接触球轴承腔内保持架打滑率、质心轨迹、质心速度与质心加速度等变化规律。该研究对滚动轴承结构优化设计、提高轴承稳定性具有重要的参考意义。     

角接触球轴承在减速过程中的保持架动态特性分析

减速过程普遍存在于数控机床进给系统中,该过程转速的变化对角接触球轴承动态性能的影响甚大,然而国内外对此关注甚少。以角接触球轴承7603025为研究对象,建立了角接触球轴承的多刚体动力学模型。利用Adams软件分析了径向力、轴向力和角加速度3个工况参数对角接触球轴承减速过程中保持架的转速与质心轨迹,以及单个滚球与保持架接触力等动态特性的影响。研究结果表明,径向力的增大、轴向力的减小和角加速度的增大会导致角接触球轴承在减速过程中的滚球与保持架之间碰撞力增大,从而造成轴承打滑、保持架晃动加剧,以及保持架转速曲线波动变大。     

弹性套圈壁厚对保持架动态稳定性和轴承振动的影响

角接触球轴承作为高速机床的基本支承结构,其动态行为直接影响高速机床的动态性能。建立了考虑套圈弹性变形和保持架涡动的角接触球轴承非线性动力学模型,通过保持架质心轨迹以及保持架与内圈转速比验证了模型的准确性,并在此基础上分析了外圈壁厚对球的滑动、保持架涡动和内圈振动的影响,结果表明：在外载荷作用下,不同外圈壁厚会产生不同的弹性变形,进而影响球的滑动、保持架的涡动和内圈的振动;当外圈壁厚减小时,球的滑动加剧,保持架动态稳定性降低,内圈振动增加,外圈壁厚较大时可以获得较好的保持架动态稳定性并降低轴承的振动。     

角接触球轴承保持架动态特性有限元分析

为对保持架动态特性进行分析,基于ABAQUS建立角接触球轴承有限元模型,通过施加不同的转速和载荷进行动力学仿真,从保持架质心运动轨迹和质心涡动速度偏差比两方面对其动态特性进行分析。结果表明:轴承仅承受轴向载荷时,保持架稳定性随轴向载荷增大先提高后降低;同时承受轴向载荷和径向载荷时,轴向载荷和转速增大可提高保持架稳定性;径向载荷增大时,保持架稳定性降低,且径向载荷对保持架动态特性影响比轴向载荷大。     

Multibody contact dynamics on mechanisms with deep groove ball bearing joints

The dynamics of ball bearings are important to fatigue breakage, dynamic performance and motion precision of mechanisms connected by ball bearings joints with multi-clearances. In this study, a new method is proposed for multibody dynamics analysis on mechanisms under the effects of radial internal clearances and impact of balls/cage pockets interactions of ball bearings. Including balls/rings interactions and balls/cage pockets interactions, the three dimensional dynamics models of the crank slider mechanism are established and calculated by generalized-α algorithms on the basis of Hertzian contact theory and penalty function method. The rules of eccentric trajectories of inner and outer ring center for one ball bearing joint are verified with the results calculated by XU’s references. The results of dynamic errors, motion trajectories, dynamic forces are achieved under different speeds, radial clearances and number of ball bearings. The speeds and radial clearances are critical to the dynamic performances and motion precision of mechanisms, especially the number of ball bearings. The number of ball bearings is important to impact force and motion stability of the mechanism.     

角接触球轴承流固耦合仿真分析

角接触球轴承在运行过程中的润滑状况至关重要,润滑油直接影响滚动轴承的接触状态。为分析角接触球轴承的润滑状况以及考虑润滑时轴承的机械特性,基于有限元和晶格玻尔兹曼方法,建立了双向流固耦合轴承仿真模型,对角接触球轴承进行动力学有限元仿真和润滑流体仿真,并与轴承拟静力学理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。分析结果表明,保持架与滚珠接触并撞击,在轴承腔内油膜压力最大,滚珠与内圈、外圈滚道接触区分别为第二、第三大油膜压力区。润滑油受滚珠公转影响,沿着滚珠转动方向流动,实现对滚珠与内圈、外圈和保持架之间的润滑。滚珠运动和最大接触应力仿真结果与轴承拟静力学理论求解结果一致,即流固耦合仿真模型计算轴承机械特性具有较高的准确性。     

高速电主轴球轴承——转子系统动力学性能分析

结合高速电主轴的结构特征,论述了球轴承支承的高速电主轴转子系统动力学性能的基本规律和一般特点,在分析角接触球轴承高速时动刚度的基础上,应用有限元法,建立了高速电主轴球轴承———转子系统动力学的分析模型和数值计算方法,并结合具体算例,分析了有关球轴承内部结构、外部工况条件以及转子系统结构等方面的参数对电主轴转子系统动力学性能的影响,并得出相关结论。     

多列组合角接触球轴承刚度和位移量

以滚动轴承动力学分析和滚道控制理论为基础,提出了应用Powell优化算法和Newton-Raphson算法相结合的方式计算非线性方程组,给出了预紧力和转速的多列组合角接触球轴承组合刚度相应程序。对7016A5轴承DBD组合的研究结果表明:预紧力和转速与单个轴承和轴承的组合刚度及位移量呈现非线性关系。轴承的组合轴向刚度小于单个轴承的轴向刚度,其径向刚度大于单个轴承的径向刚度。为实现预定的轴承动态性能,单双侧轴承内圈的间隙量须大于两侧轴承位移量之和。     

角接触球轴承保持架动力学分析

在角接触球轴承拟动力学分析基础上,建立了保持架动力学方程,并对保持架动态性能进行分析,着重研究了轴承工况和结构参数对保持架动态特性的影响,给出轴承适合的工作条件和相应的结构参数最佳选择范围。     

Ball motion in thrust loaded ball bearings

This paper reports on a study of ball motion, including the measurement of the ball rolling axis, in thrust loaded angular contact bearings. Experimental results of cage speed, ball speed and orientation of the rolling axis are compared with theoretical values based on realistic elastohydrodynamic traction and viscoelastic force expressions. The excellent agreement between theory and practice enables a skidding threshold for the test bearing to be presented, and explains actual ball motion more fully.     

导引头伺服机构的结构非线性动力学特性研究

基于Hertz接触理论,建立了表达角接触球轴承非线性刚度的二自由度矩阵模型;以导引头伺服机构为对象,建立了导引头陀螺装配结构六自由度非线性运动微分方程;借用经典数值算法的思想,提出了一种求解陀螺装配结构六自由度非线性运动微分方程的四阶Runge-Kutta算法,并对陀螺支架的非线性动力学特性进行了虚拟扫频分析。研究发现,由于角接触球轴承接触刚度的非线性,陀螺支架的谐振峰分布在扫频的所有频率范围(0～500Hz)内,而增大装配预紧力却可以提高陀螺装配结构的谐振频率,减少谐振峰的出现频次,故工程上可通过调节装配预紧力来抑制谐振峰值。     

An analysis of axial deflection of double‐decker high‐precision bearings vis‐à‐vis conventional ball bearings

Axial deflection of double‐decker high‐precision bearings (DDHPBs) under the influence of axial loads has been theoretically analyzed and has been compared with conventional angular contact and deep‐groove ball bearings of the same bore and outer diameter. The analysis, in general, indicates that the ratio of the axial deflection of DDHPBs to that of the conventional angular contact and deep‐groove ball bearings under the influence of identical axial loads is less than unity. The analysis also indicates that angular contact ball bearings mounted back to back for taking the axial load from both directions can be replaced by DDHPBs, which have less axial deflection and longer life under identical applied loads than angular contact and deep‐groove ball bearings. The better dynamic response characteristics, energy efficiency, uniform stress distribution, lower indentation and deflection on the elements of DDHPBs indicate that DDHPBs have relatively better performance characteristics, higher fatigue life and may have higher potential in various industrial applications as compared to that of the conventional bearings under identical operating conditions. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.