功能梯度材料圆柱滚子轴承轴向材料性能优化

为了解决轴承"边缘效应"问题,采用有限元法针对功能梯度材料圆柱滚子轴承滚动体的轴向材料性能对轴承最大等效应力和最大接触应力的影响进行了研究,结果表明:当滚动体轴向材料性能分布合理时,在一定程度上可以降低轴承滚动体的最大等效应力和最大接触应力,降低或避免轴承滚动体"边缘效应",提高轴承承载能力。     

功能梯度材料圆柱滚子轴承承载能力研究

为解决轴承"边缘效应"问题,提高轴承的承载能力,文中采用有限元法对功能梯度材料圆柱滚子轴承滚动体的材料性能对轴承最大等效应力和最大接触应力的影响进行了研究.研究结果表明:当滚动体材料性能分布合理时,在一定程度上可以降低轴承滚动体的最大等效应力和最大接触应力,降低或避免轴承滚动体"边缘效应"问题,提高轴承承载能力.     

球轴承复合结构滚动体接触特性的研究

针对球轴承滚动体接触应力过大而严重影响球轴承使用寿命的问题,设计了一种弹性模量内低外高的双金属复合结构滚动体,以使滚动体的柔性提高,接触应力减小。应用ANSYS Workbench软件建立球轴承模型,分析重载情况下复合结构滚动体内层材料分别为钛合金和铝合金时的接触特性,并得出最适宜直径。     

弹性复合圆柱滚子轴承承载性能的理论研究

根据组合创新原理,通过对圆柱滚子轴承结构的创新研究,提出了一种在空心圆柱滚动体中嵌入PTFE材料的弹性复合圆柱滚子轴承新结构的设计方法。选择轻载和重载两种工况,在利用有限元软件计算确定三种滚动体的最优结构尺寸的前提下,分析对比了三种圆柱滚子轴承的接触应力、等效应力以及弯曲应力。结果表明:在轻载和重载情况下,弹性复合圆柱滚子轴承和空心圆柱滚子轴承的接触应力和等效应力基本接近,但弯曲应力明显降低,其中轻载工况下降低了17.1%,重载工况下降低了27.7%。说明了弹性复合滚子轴承的承载能力要优于实心圆柱滚子轴承和空心圆柱滚子轴承。     

推力球轴承接触问题有限元分析

推力球轴承是被广泛应用的支承机械,用于承受转速较低的轴向载荷.它是由上下座圈、保持架和球体组成的可分离结构,分为单向推力球轴承和双向推力球轴承两种.着重分析了不同尺寸、形状的球形滚动体和橄榄球形滚动体对接触情况下的应力和变形量的影响.使用Pro/E建立实体模型,导入ANSYS进行数值模拟和计算.通过对获得的数值模拟结果和赫兹理论解进行对比,结果表明有限元分析是比较准确而且可靠的.最大接触应力和弹性趋近量取决于滚动体与滚道接触处的主曲率和、主曲率差,与滚动体形状、体积没有直接联系.     

弹性复合圆柱滚子轴承接触特性分析

为探讨弹性复合圆柱滚子轴承滚动体与滚道的接触问题,首先采用有限元方法和经典赫兹接触理论计算方法对实心圆柱滚子轴承的接触应力与变形进行计算,并将两种方法得到的计算结果进行比较,比较结果表明:两种计算方法结果误差在10%以内,由此可知,有限元方法对计算轴承接触问题具有准确性。鉴于实心圆柱滚子轴承与弹性复合圆柱滚子轴承的内外圈接触副相似,可采用有限元方法对弹性复合圆柱滚子轴承接触应力分析。通过有限元方法对不同载荷下的弹性复合圆柱滚子轴承的接触应力、接触半宽、接触位移以及接触应力沿轴向分布进行计算与分析,得到的结果表明:一定载荷下,弹性复合圆柱滚动体的接触位移及接触半宽随着填充度的增大而增大;不同载荷下,弹性复合圆柱滚动体接触应力及等效应力随填充度的增大均存在极小值,且随着载荷的增大,极小值呈一定规律变化。弹性复合圆柱滚子轴承较实心圆柱滚子轴承在接触应力方面具有明显优势,设计合理的填充度能降低弹性复合圆柱滚子轴承的接触应力和改善"边缘效应"。     

基于ANSYS的深沟球轴承接触应力有限元分析

通过讨论轴承接触问题的性质,分析了深沟球轴承接触应力的计算方法,利用APDL参数化语言建立深沟球轴承有限元模型,通过接触边界条件的处理,得到深沟球轴承内、外圈及滚动体的接触应力,仿真计算结果与赫兹理论解较好的吻合,表明有限元模型建立的正确性和边界条件施加的合理性,为滚动轴承的设计优化提供了科学依据。     

深沟球轴承动态接触特性有限元仿真分析

利用LS-DYNA建立了适用于行星减速机构中支撑行星轮的深沟球轴承的多体动态接触有限元模型,基于显式动力学有限元法,综合考虑了轴承外圈运转速度,径向载荷和行星架运转速度的影响,对轴承滚动体在不同工作条件下的动态接触特性(位移、速度、应力及接触力)等进行了仿真分析,得出了轴承的动态接触响应。研究表明,轴承中滚动体在运转过程中存在着公转与自转运动,与外圈和内圈接触时出现最大线速度和最小线速度。最大应力发生在与内外圈接触时,且最大应力受转速影响小,将赫兹解与仿真解进行比较,说明了分析的可行性。滚动体与保持架的接触力波动最大,数值最小;与内外圈接触力波动小,数值与径向载荷基本相同。     

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%。     

深沟球轴承钢球温度变形对最大接触应力的影响

根据热传导原理得出深沟球轴承钢球瞬态温度分布,利用热弹性理论得出钢球瞬态应力、应变及位移的解析解,计算了钢球热变形产生的等效温度载荷,用赫兹接触理论计算了钢球和轴承内外圈之间的最大接触应力。滚动轴承钢球温度随着时间增加趋于稳定,钢球外表面比中心温度升高快。轴承钢球径向和切向应力在温升开始时刻和球心附近变化剧烈,随着时间的增加趋于0。轴承钢球径向位移在温升开始时刻和球心附近变化剧烈,钢球各点的径向位移和半径呈线性关系。采用拟合公式计算不同工作温度下深沟球轴承内外圈最大接触应力误差小于3.98%。接触应力拟合公式为深沟球轴承的合理设计和选用提供依据。     

工况因素对S密封结构强度与密封性能的影响

S密封是为满足石油天然气行业的高温、高压和复杂的流体介质工况而专门设计的一类特殊密封圈。为研究S密封的结构强度和密封性能,建立S密封圈二维轴对称模型,仿真研究其在安装工况和作业工况下压缩量、介质压力和温度载荷对密封面结构强度和密封性能的影响规律。结果表明:在安装工况时, S密封圈弹性体最大等效应力和最大剪切应力出现在密封圈内部中心位置,最大等效应力分布呈轴向对称;在作业工况时,最大等效应力和最大剪切应力在中间靠近间隙位置;随着外过盈量和介质压力增大,弹性体最大等效应力和内外接触应力均呈现增大趋势;温度增加时,最大等效应力和内外最大接触应力均增加,但最大等效应力增加趋势较小。研究结果为S密封圈的性能和强度优化研究提供理论支撑。     

沟曲率半径系数对柔性轴承应力的影响

采用有限元分析方法,使用ANSYS Workbench建立了柔性轴承的参数化接触模型。对不同沟曲率半径系数的柔性轴承进行静力学接触分析,得到了不同参数的柔性轴承内外圈的变形、应力的分布规律。结果表明:内外圈的最大等效应力和最大径向应力发生在长轴处的钢球与内外滚道接触的区域;内外圈最大等效应力、钢球与沟道的最大接触压力随内外圈沟曲率半径的增加呈线性增大趋势。用该方法能准确得到柔性轴承最大的接触应力,可以用来对柔性轴承进行优化设计。     

水下卡箍连接器金属密封圈结构优化

水下卡箍连接器金属密封圈的结构对密封性能影响很大。为得到最优的密封圈结构尺寸,通过有限元静力学分析及优化模块,分析金属密封圈所受的接触应力与结构参数之间的关系。结构优化以法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度为设计变量,最大接触应力和最小法兰轴向力为目标函数,密封圈最大等效应力为约束变量,建立水下卡箍连接器的多目标优化模型,并使用响应面方法对其进行优化,得到多目标优化下密封圈最佳的尺寸组合。结果表明:在法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度4个参数中,法兰锥面倾角对密封圈所需轴向力影响最大,角度越小,密封圈所需要的轴向力越小;优化后的密封圈在同样接触应力时,最大等效应力降低7.7%,法兰轴向力降低37.3%。可见在密封相同压力下,优化后密封圈需要的轴向力更小,因而使用寿命更长。     

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ANSYS Workbench的深沟球轴承接触应力有限元分析

利用ANSYS Workbench软件建立了深沟球轴承的三维非线性接触模型,对模型的边界条件进行合理的设置后,基于有限元的方法,在Static Structural(ANSYS)中对深沟球轴承的接触应力和变形进行了仿真计算,得到了轴承滚动体和内、外圈不同部位接触应力和变形的分布。计算结果与Hertz理论解进行了对比,两者具有良好的一致性,说明了用ANSYS Workbench分析滚动轴承接触问题是可行的,符合轴承在载荷作用下受力和变形的实际情况;有限元仿真计算的结果为滚动轴承的设计、优化和失效分析提供了参考依据,具有一定的工程实用价值。     

角接触球轴承保持架柔性多体动力学分析

考虑套圈、钢球和保持架的结构弹性变形与动态接触关系,建立了角接触球轴承柔性多体接触动力学有限元仿真模型。在不同引导游隙、转速和径向力下,运用ANSYS/LS-DYNA仿真分析了角接触球轴承的动力学性能,以及保持架的动态冲击应力和稳定性。计算讨论了角接触球轴承的动态接触应力,获得了保持架的角速度、动态冲击应力、质心运动轨迹等仿真结果,它们与理论计算结果具有较好的一致性。结果表明,球轴承运动速度的变化对保持架的动态冲击应力和稳定性的影响较大。     

固体润滑滚子轴承的接触表面应力分析研究

为获得固体润滑滚动轴承滚动体与滚道处的接触应力,通过固体润滑滚子轴承拟动力学分析并考虑涂层的影响,获得了滚子轴承稳定运行过程中滚动体的力载分布。通过建立带涂层接触的平面应变问题的力学模型,将涂层与基底两种材料的特性等效为一种材料来求解滚子与接滚道触应力分布情况,并与轴承的拟动力学分析相结合,获得了滚子轴承中滚动体与固体润滑膜接触表面的接触变形、接触半径与外加载荷之间的关系,讨论了不同涂层的弹性模量以及不同涂层厚度对接触界面应力分布的影响。当涂层弹性模量比基底大时,涂层的存在使得接触半宽减少,最大名义接触应力增加;涂层弹性模量比基底小时,则与之相反。当涂层的厚度<0.01mm时,涂层的存在对固体润滑滚子轴承的接触表面应力分布影响较小;在一定范围内,当涂层的厚度逐渐增大时,涂层对轴承接触表面应力分布的影响增大。     

大型风电机组偏航轴承动态性能研究

以大型风电机组偏航轴承为研究对象,在ANSYS平台上建立了偏航轴承的有限元模型,综合考虑轴向载荷和倾覆力矩的耦合作用,分析了滚动体与滚道的静态接触应力,并给出赫兹理论解。将静力学分析结果作为瞬态动力学分析的初始条件,对水平轴式风电机组偏航轴承的运转过程进行模拟仿真,得到了偏航轴承运转过程中滚动体的动态响应、应力变化及滚道的动态米塞斯应力变化情况。分析结果可为偏航轴承的动态设计及选型提供参考依据。     

深沟球轴承内外曲率半径系数对接触力影响的研究

不考虑深沟球轴承的润滑和摩擦的工况,在对深沟球轴承的接触几何参数的分析基础上,根据弹性力学理论和赫兹接触理论,利用简化近似的第一类和第二类完全椭圆积分,经过公式演变推导,获得了在内外圈和滚动体接触应力相等或近似时沟道曲率半径系数的控制方程,对该控制方程中的各项参数进行全面的分析,并对控制方程中的参数进行二元函数求解最小接触应力时确定内外圈沟道曲率半径的最优值,当γ=0.23时,内外圈沟道接触应力相近,最终确定的内圈沟道曲率半径系数为fi=0.510,外圈沟道曲率半径系数为fi=0.540。运用MATLAB仿真软件仿真不同数值的几何参数γ和fio之间的变化关系对接触应力影响,更加直观的分析了沟道曲率半径系数fro和γ共同作用下对深沟球轴承接触应力的影响,为深沟球轴承考虑润滑和摩擦下沟道曲率半径系数的选取和设计深沟球轴承沟道曲率半径系数的选取作为新的依据。     

旋转尾管悬挂器轴承密封圈的有限元分析及结构优化*

采用有限元分析软件ANSYS对旋转尾管悬挂器轴承的密封结构进行有限元分析,并进行参数及结构优化。应用ANSYS的PDS模块分析密封圈的几何尺寸对最大接触应力和最大等效应力的影响,得到对最大接触应力和最大等效应力影响最为灵敏的共同参数为唇夹角、密封圈宽度、密封圈长度、密封圈根部长度。应用ANSYS的优化设计模块对4个共同参数进行优化,得到优化序列。优化后密封圈与挡圈的最大接触应力增大了44%,最大等效应力降低了29.1%。