重载下调心滚子轴承接触应力分析及凸形设计

基于弹性接触理论,应用数值方法编制FORTRAN程序计算了调心滚子轴承的接触应力。轻载下其接触应力计算值和Hertz理论的计算结果相差仅为0.11%,从而验证了程序的正确性。并据此计算了其他更高载荷水平下的轴承接触应力。当轴承施加0.15Cr载荷时滚子有效长度利用率过低;载荷增加到0.3Cr时滚子的有效长度能被有效利用;当载荷进一步增加时开始出现边缘应力集中。通过改变滚子、滚道的密合度和优化滚子端部修形半径,以充分利用滚子全长,可在极重载下球面滚子-滚道接触区域中间应力增加很小的情况下大大减小边缘的应力集中。     

歪斜状况下对数修形圆锥滚子轴承的凸度分析与仿真

针对对数修形的高铁圆锥滚子轴承在运行时滚子产生的歪斜现象,根据弹性接触理论,建立了圆锥滚子轴承滚子与内/外滚道在歪斜状况下的接触几何模型。利用切片法对单个滚子/滚道进行数值计算,分析了歪斜对滚子接触应力分布的影响,计算了歪斜状况下滚子的最佳凸度量。通过MATLAB仿真得出,歪斜角较小时,增加凸度量可降低歪斜效应引起的应力集中,歪斜角较大时,修形的方法不能改善滚子的应力集中,应避免滚子大角度歪斜。     

交叉圆柱滚子转盘轴承的滚子偏载分析及修形

针对联合载荷作用下交叉圆柱滚子转盘轴承的滚子与滚道之间接触应力分布的"偏载效应"和"边缘效应"问题,提出在轴承游隙合理取值的前提下,通过对滚子的修形设计来改善滚子滚道接触状况的有效方法。对轴承的整体力学系统进行建模和求解计算,采用有限长线接触理论研究轴承游隙对滚子偏载的影响。在合理轴承游隙下,研究滚子在不同凸度量时滚子与滚道之间的接触应力分布情况。研究结果表明:滚子偏载后接触应力沿接触线呈现不对称分布,重载端压力增大而轻载端压力减小,并且这一趋势随着轴承游隙值的增大而趋于显著。通过对滚子的适当修形可以改善"偏载效应",并消除"边缘效应"。滚子的凸度量越大,效果越显著,但滚子载荷有向滚子中部集中的趋势。在综合考虑这些影响的基础上确定出联合载荷作用下的交叉圆柱滚子转盘轴承的滚子最佳修形参数。     

基于弹流理论的风电主轴承润滑状态分析

基于Hertz接触理论,对联合载荷作用下滚子-滚道进行接触分析,同时基于弹流润滑理论,建立风电主轴承润滑状态理论分析模型;以某型兆瓦级风电主轴承为例,采用该模型研究其极限工况下滚子-滚道接触载荷和接触应力分布、最大受载滚子沿素线方向的接触应力和接触载荷分布以及滚子-滚道接触处平均速度,并分析其在极限载荷工况下的润滑状态。结果表明:由于滚子端部应力集中,油膜沿素线呈现两端薄、中部厚特征;滚子-滚道沿素线油膜厚度与接触表面粗糙度处于同一数量级,接触表面质量对润滑状态有重要影响;改善轴承的润滑状态可从轴承结构、润滑参数及加工质量等方面入手。     

基于有限元的调心滚子轴承接触应力和疲劳寿命分析

建立调心滚子轴承接触有限元分析模型,计算其接触应力,研究游隙和接触角对应力分布的影响,分析轴承的疲劳寿命。结果表明:套圈滚道的最大接触应力在最下端滚子与滚道的接触面上,并沿套圈圆周方向逐渐减小;游隙为正的轴承最大接触应力随游隙的增大而增大,游隙为负的轴承最大接触应力随游隙的变化不稳定;轴承的疲劳点首先出现在最下端滚子与套圈的接触处,内圈的疲劳破坏程度远大于外圈,内圈首先产生疲劳失效;随着材料残余压应力的增大,调心滚子轴承的对数疲劳寿命呈近线性状增长,且残余应力深度越大寿命越长。     

轴向游隙对圆锥滚子轴承应力分布的影响

针对轴向游隙对圆锥滚子轴承接触应力及其应力区域的变化情况的影响,基于ABAQUS建立了圆锥滚子轴承的有限元模型,计算了圆锥滚子轴承在径向载荷作用下最大受力滚子滚道母线上的应力分布值,并与基于Hertz理论的切片法做出对比,两者的计算结果具有较好的一致性.在整体分析的基础之上,调整圆锥滚子轴承的正负轴向游隙,分析了在轴向游隙变化的情况下圆锥滚子轴承最大应力和接触区域的变化,结果显示圆锥滚子轴承的最大接触应力会在较小的负游隙的情况下出现最小值,从而为下一步研究圆锥滚子轴承的疲劳寿命和结构优化提供依据.     

圆锥滚子轴承滚动体的凸度分析

圆锥滚子轴承的修型技术是使用带凸度的滚子以避免或降低滚动体和内外圈接触引起的边界应力集中。采用ANSYS软件对圆锥滚子不同凸度下的应力情况进行分析。分析结果表明,在一定的条件下带凸度的圆锥滚子1轴承可以最大限度的降低滚动体和内外圈接触引起的边界应力集中。     

基于PERMAS的特大型风电圆锥滚子轴承接触行为分析

基于PERMAS先进的接触算法,对大锥角风力发电机用双列圆锥滚子轴承进行了整体模型分析和子模型分析。整体模型分析重点研究了轴向游隙对滚子载荷分布的影响,分析结果表明,随着游隙的增大,承载滚子数量逐渐减少,而最大法向接触力逐渐增大。子模型分析了不同修型滚子对其接触应力的影响,结果表明,对数曲线修型滚子在该工况下具有更好的承载能力。     

高速铁路客车圆锥滚子轴承滚子的凸度分析

以高速铁路客车圆锥滚子轴承为研究对象,采用有限元法研究不同凸形和凸度量对滚子与滚道之间接触应力及应力分布的影响,通过计算分析确定圆锥滚子轴承滚子合理的凸形和凸度量。分析结果表明,对数母线型滚子和合理的凸度量能降低滚子与滚道接触引起的边界应力集中,而且一定的载荷都会对应一个较优的凸度量区间,凸度量过大或过小不但没有降低边界应力集中,反而会引起滚子端部和中间的应力差值,减弱滚子沿轴线方向应力分布的均匀性。     

基于Romax的铁路客车轴箱圆柱滚子轴承接触状态分析

基于Romax计算方法,分析了在给定工况条件下两套轴承运行游隙不同时,铁路客车轴箱圆柱滚子轴承滚子与内外滚道的接触载荷分布情况、滚子不同修形方式接触应力对比分析情况及对数修形滚子的接触应力曲线分析情况。分析结果表明,在给定工况条件下,铁路客车轴箱及轮轴变形会引起两个轴承径向接触载荷分布的不均匀性;随着游隙的增大,承载滚子数量逐渐减少,而最大接触力逐渐增大;对数曲线修形滚子在该工况下具有更好的承载能力。     

修形滚子的设计计算及其在工程中的应用

轴承滚子修形量是影响滚子与滚道之间接触应力分布状况的重要因素,对轴承性能和寿命的提高有重要影响.根据理想对数凸型方程和三维有限长弹性接触问题的理论,分析滚动轴承结构参数对接触应力分布的影响,提出滚子修形量设计时必须考虑滚子倒角半径和越程槽宽度的影响因素,给出相应的数值计算方法,并应用于汽车十字万向传动轴节叉轴承的滚子设计中.结果表明:使用这种方法设计的轴承滚子,可避免接触应力分布出现"边缘效应"现象,也避免了在接触区域中部产生应力集中,疲劳实验证明轴承滚子的寿命提高了1.52倍.     

变曲率圆弧球面滚子轴承力学性能分析

根据球面滚子轴承承载过程中存在的问题,提出了两种改变接触应力分布的方法:第一,在不同的载荷下改变滚子-滚道的密合度大小,使得在任一种载荷下接触区域长度都等于滚子有效长度,并给出密合度变化随载荷变化的曲线;第二,利用变曲率圆弧法对球面滚子轴承进行修形。基于Bouss-inesque弹性接触理论,编制计算机程序并计算球面滚子轴承的接触应力,在赫兹理论范围内对程序结果进行了验证,与赫兹解的对比表明,程序计算结果很精确。在此基础上对两种方法设计的轴承进行了应力计算,结果表明,经过程序计算修形后的滚子最大接触应力显著减小,相应的轴承寿命也得到大幅度提高。     

径向游隙对圆柱滚子轴承疲劳寿命的影响

应用经典的滚动轴承理论和“切片法”的基本思想,以某大兆瓦风电机组齿轮箱输出轴轴承为例,采用Romax Designer工程分析软件,计算了圆柱滚子轴承不同径向游隙时的轴承内部载荷分布、接触应力、套圈滚道当量动载荷和寿命,分析径向游隙对轴承ISO/TS 16281寿命的影响。研究结果表明：径向游隙不仅通过对轴承内部载荷分布、接触应力和套圈滚道当量动载荷的影响而对寿命产生影响,还通过对寿命修正系数等因素的影响而对寿命产生影响。研究结果可为滚子类轴承的优化设计提供参考。     

基于摩擦影响的圆柱滚子轴承温度场分析

以圆柱滚子轴承为研究对象,采用ANSYS Workbench软件对其进行静力学分析得到滚动体在不同位置与内滚道的接触应力;采用ADAMS软件对其进行动力学分析得到滚动体在不同位置与内滚道的摩擦力与正压力,进而通过Workbench分析得到滚子与内滚道的接触应力。根据静力学分析和动力学分析得到的接触应力分别求得轴承内部的摩擦热量,分析轴承的温度场。结果表明:轴承最高温出现在径向方向最下端的滚子与内滚道接触的位置;摩擦热流量与对流换热系数是影响轴承温度的2个主要因素;基于动力学得到的轴承温度场分布更加符合实际情况。     

圆锥滚子轴承凸度设计

利用仿真软件及有限元分析，以JRM3939/JRM3968XD轴承为例，对圆锥滚子轴承滚子和滚道的凸度进行设计，选定合适的滚子素线，确定滚子与滚道的接触状态及凸度匹配关系，并计算接触应力，为轴承的改进设计提供依据。     

基于有限长接触的风电机组主轴承接触应力分析

在建立双列球面滚子轴承力学计算模型的基础上,基于有限长接触理论分析滚道与滚子之间的接触,通过迭代求解轴承最大接触应力。以某双馈风电机组主轴承为研究对象,将计算模型与商业软件得到的轴承最大接触应力对比,误差在允许的范围之内,验证了计算模型的正确性。并分析了滚子球面半径、径向游隙、轴向载荷及径向载荷对轴承最大接触应力的影响,结果表明:随滚子球面半径增大,最大接触应力减小;随径向游隙增大,轴承最大接触应力增大;随轴向载荷增大,最大接触应力先增大后减小再迅速增大;随径向载荷增大,最大接触应力增大。     

制造与装配误差对圆柱滚子轴承接触应力的影响

在ABAQUS中建立了某型号圆柱滚子轴承在120 k N径向力作用下的静力学有限元模型,并用赫兹弹性接触理论验证了模型的正确性。首先采用有限元方法分析了轴承在无误差时的接触应力分布,接着分析了轴承存在游隙、滚子直径等制造误差和内外圈相对偏转等装配误差时轴承接触应力的分布规律和最大接触应力的变化趋势。分析结果表明,轴承在较小的负游隙时接触应力值较小;滚子直径偏离公称尺寸过大或过小都会引起接触应力异常增大;内外圈不同的相对偏转方式对接触应力产生的影响不同,研究结果对于通过提高制造质量以提升轴承的服役性能具有一定的指导意义。     

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。     

歪斜状况下滚子轴承的接触应力求解与分析

根据弹性接触理论,建立了滚子与滚道在歪斜工况下的接触模型,并结合影响系数法,编程求解了歪斜工况下滚子与滚道的接触问题。通过与赫兹理论解及有限元结果的对比,验证了程序结果的准确性。通过分析歪斜角、外载荷及滚道半径对滚子与滚道接触应力分布的影响,得到如下结论：歪斜工况下,滚子与滚道接触时会出现歪斜效应,即滚子与内圈接触时接触应力在接触副中部增大、两端减小,滚子与外圈接触时接触应力在接触副两端增大、中部减小;歪斜效应随着歪斜角的增大、外载荷的减小及滚道半径的减小而逐渐明显。     

滚子凸度偏移和外滚道锥度对圆柱滚子轴承接触应力的影响

以N1015圆柱滚子轴承为研究对象,采用ANSYS对滚子凸度偏移、外滚道锥度对滚子与外滚道间接触应力的影响进行了分析,得出了二者与接触应力的关系。结果表明,为使轴承在给定载荷下的接触应力均匀分布,外滚道锥度和滚子凸度偏移应控制在合适的范围内,否则,滚子与滚道间的接触应力会迅速增大,其分布也会呈现出复杂的非对称性与非均匀性。