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。     

多工况下滚动轴承的显示动力学分析

为研究滚动轴承的动态特性,在三维软件Pro/e中建立滚动轴承实体模型,在软件HYPERMESH中形成有限元模型,在LS-DYNA中实现显示动力学的运动仿真,将转速、径向力、轴承支撑体刚度作为变工况条件,计算得到滚动体与外圈内表面接触处关键点的应力变化和加速度曲线.通过分析曲线得出:一定范围内转速的增加会使滚动体最大应力峰值增加且出现时间提前,滚动体最大应力会有所增加,但影响不大;随着径向载荷的增加滚动体在运动过程中应力水平增加;采用柔性支撑会使滚动体的振动减小.     

滚动轴承故障的显式动力学仿真与接触特性分析

故障的存在会恶化轴承内部接触状态,影响其动态特性。为了揭示存在故障时滚动轴承内部接触状态的变化规律,以滚子轴承NU306为研究对象,建立了故障轴承(含内圈故障、外圈故障和滚动体故障)的非线性接触多体动力学有限元模型,采用显式动力学算法对轴承运行过程进行仿真,获得了滚动体与套圈及保持架接触力的变化曲线,揭示了故障对轴承内部接触状态的影响规律。研究结果表明:轴承故障会导致滚动体与套圈的接触力出现波动,内圈故障时波动频率最高,滚动体故障时波动频率最低,且套圈故障时接触力大于正常轴承;外圈故障导致滚动体与保持架接触力的幅值变化最大,而滚动体故障导致的波动频率最高。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了有限元模型的有效性。     

第一章 滚动轴承的基本结构与类型

滚动轴承是广泛应用于各类机械中的基础元件。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈通常装配在轴上，并与轴一起旋转。外圈通常装在轴承座内或机械部件壳体中起支承作用。但是在某些应用场合，也有外圈旋转，内圈固定或者内、外圈都旋转的。滚动体在内圈和外圈之间滚动。     

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。     

滚动轴承与轴过盈配合对轴承元件接触应力及变形量影响研究

基于滚动轴承在装配过程中轴承内圈与轴形成过盈配合的实际情况,对其进行力学理论分析。在此基础上利用建模软件对滚动轴承建立三维模型,在有限元环境下,进行材料设置、网格划分、边界条件设定、施加载荷等操作建立有限元仿真模型。分别对不同过盈量下轴承元件接触应力和变形量情况进行仿真。结果发现:轴承元件上的接触应力和变形量与过盈量成正比关系;轴承内圈与滚动体接触应力和变形量之差,随着过盈量的增加,逐渐高于滚动体与轴承外圈接触应力和变形量之差;同一过盈量下,轴承内圈、滚动体、轴承外圈的接触应力和变形量依次降低。此研究结论为轴承寿命计算、轴承制造提供了理论依据。     

滚动轴承动态接触特性数值模拟中若干问题

滚动轴承运转过程中的动态接触特性与轴承使用寿命密切相关,目前主要是利用各种数值模拟技术开展轴承动态接触行为研究。通过在ANSYS/LS-DYNA研究平台上开展不同模型设计参数下滚动轴承动态接触特性的数值模拟研究,考察材料模型的设计、边界约束模式的选择和单元大小的定义等因素对数值模拟结果的影响情况。研究结果表明,由刚性体内外圈模型计算得到的滚子组最大应力仿真结果明显大于由弹性体内外圈模型得到的结果,且载荷方向上轴心位移变化起伏较大;采用外圈转动、内圈固定的边界约束模式时,轴承各组件上的最大动态接触应力值以及轴心在载荷方向的位移均高于采用内圈转动、外圈固定约束模式时的求解结果;单元大小也明显影响最终的动态模拟结果,较小单元尺寸下得到的应力结果明显大于较大单元尺寸下的模拟结果。研究结论可以为轴承动态接触特性数值模拟过程中模型构建方案的合理确定提供参考。     

滚动轴承外圈故障的显式有限元动态仿真分析

为研究带有早期微弱故障的滚动轴承运转及振动特点,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了滚动轴承常见的外圈裂纹故障有限元模型。该模型以显式算法为基础,单元采用单点积分方式,在充分考虑轴承转速、负载、接触及摩擦的条件下,成功地对滚动轴承外圈裂纹故障进行了仿真分析。仿真结果表明:在轴承转速和径向载荷一定的条件下,带有裂纹故障的轴承外圈的等效应力要明显高于没有故障的轴承内圈、保持架及滚动体的等效应力;轴承外圈滚道不同位置节点的振动响应均能体现故障特征频率,但幅值略有差别;速度及加速度响应在经过FFT变换后能部分找到故障特征频率。仿真结果对轴承故障检测能起到一定的指导作用。     

保持架间隙对滚动轴承性能的影响

保持架间隙对滚动轴承性能的影响江苏石油化工学院郑伯伟上海交通大学董师予关键词：滚动轴承,保持架,间隙滚动轴承主要由滚动体、内圈、外圈和保持架组成,其中保持架的作用是将滚动体保持在保持架内,沿圆周均匀分布;同时保持架可以避免滚动体之间相互接触,否则由于...     

7003A轴承动态特性仿真分析

为实现滚动轴承的动力学仿真,以7003A轴承为例,用UG软件建立滚动轴承的实体模型,在ANSYS/LS-DYNA软件中生成有限元模型,设外圈、内圈和滚动体为弹性体,对外圈固定,内圈施加一定转速,内圈内表面下半部施加均布压力,分析了滚动轴承在运转过程中的接触应力、转速及振动的变化规律.该研究为轴承振动响应预测提供了一条新的研究途径.     

基于ANSYS/LS-DYNA的保持架动力学分析

保持架失效是滚动轴承常见故障之一。为研究保持架的动态特性,使用拟动力学方法建立滚动轴承平衡方程组,Newton-Raphson方法求解方程组得到滚动体的转速;在ANSYS/LS-DYNA中建立滚动体/保持架有限元模型,施加转速和约束条件并进行动力学仿真,得到保持架的应力分布和动态响应,分析了径向游隙、兜孔游隙对保持架动态特性的影响。     

沟球断面环件冷辗扩三维有限元模拟与工艺设计

沟球断面环件冷辗扩是滚珠轴承套圈制造新工艺。以有限元软件Abaqus为平台,根据冷辗环机实际工作条件,建立从矩形断面毛坯冷辗扩成形沟球断面环件的三维弹塑性动力显式有限元模型。通过动力显式有限元数值模拟,研究沟球断面环件冷辗扩变形过程,揭示出该环件冷辗扩中直径增长和圆度变化规律。基于数值模拟结果,优化设计矩形断面环件毛坯尺寸和冷辗扩工艺参数。在D56G90冷辗环机上进行沟球断面环件冷辗扩试验,验证了数值模拟结果,并采用矩形断面环件毛坯成功冷辗扩出了沟球断面轴承套圈。     

考虑接触特性的滚动轴承系统建模与仿真分析

根据Hertz接触理论和滚动轴承功能原理,以SKF6208深沟球轴承为参考,在ADAMS/View软件环境下设计建立了基于Impact函数的滚动轴承多体动力学仿真模型。通过实体接触条件下的轴承运转过程动态仿真分析,计算获得了滚珠与内圈、外圈及保持架之间的接触力动态分布规律。指出:轴承系统在启动瞬间(0~0.22 s)存在一定滑动,且接触力变化频率较大;进入滚动阶段(0.22~0.4 s)后,接触力变化频率减小,且呈周期性分布。仿真结果验证了滚动轴承的启动打滑现象,符合实际运行工况。为深入研究滚动轴承系统的接触机理及动态载荷提供了技术参考。     

滚动轴承非线性时变参数动力学模型与故障机理研究

基于滚动轴承故障动力学模型研究其振动特性及故障机理是实现轴承故障准确诊断的基础。为描述滚动轴承缺陷对其振动响应特性的影响,考虑滚动体与缺陷的相对几何关系,提出了时变接触变形与时变刚度耦合的滚动轴承故障非线性动力学模型。以NSK6205深沟球轴承为对象,通过建立6+N_b自由度非线性时变参数动力学模型,分析了滚动体通过外圈缺陷区域时接触变形、接触刚度以及振动响应的变化过程,得到了不同缺陷尺寸下滚动轴承故障冲击振动响应特征变化规律。理论分析和实验研究结果表明,随着缺陷尺寸的增加,滚动轴承故障振动响应产生由双冲击到多冲击的变化特征,不同缺陷尺寸下,滚动体进入和离开缺陷过程中产生的冲击响应明显不同。研究成果为基于振动信号实现滚动轴承故障尺寸判断提供了理论依据。     

Technology and experiments of 42CrMo bearing ring forming based on casting ring blank

Bearing ring is the crucial component of bearing. With regard to such problems as material waste, low efficiency and high energy consumption in current process of producing large bearing ring, a new process named ＂casting-rolling compound forming technology＂ is researched by taking the typical 42CrMo slew bearing as object. Through theoretical analysis, the design criteria of the main casting-rolling forming parameters are put forward at first. Then the constitutive relationship model of as-cast 42CrMo steel and its mathematical model of dynamic recrystallization are obtained according to the results of the hot compression experiment. By a coupled thermal-mechanical finite element model for radial-axial rolling of bearing ring, the fraction of dynamic recrystallization is calculated and recrystallized grains size are predicated. Meanwhile, the effects of the initial rolling temperature and feed rate of idle roll on material microstructure evolution are analyzed. Finally, the industrial rolling experiment is designed and performed, based on the simulation results. In addition, mechanical and metallographic tests are conducted on rolled bearing ring to get the mechanical parameters and metallographic structure. The experimental data and results show that the mechanical properties of bearing ring produced by casting-rolling compound forming technology are up to industrial standard, and a qualified bearing ring can be successfully formed by employing this new technology. Through the study, a process of forming large bearing ring directly by using casting ring blank is obtained, which could provide an effective theoretical guidance for manufacturing large ring parts. It also has an edge in saving material, lowering energy and improving efficiency.     

轴承套圈冷辗加工过程有限元模拟分析

运用大型通用有限元程序 ,建立轴承套圈冷辗加工的力学模型 ,采用非线性Lagrange大变形有限元方法 ,对工件金属的弹塑性变形过程进行模拟分析。通过工件工作区的应力分布云图考察金属材料的塑性流动情况 ,分析冷辗成形的机理。观察模型加载后不同时间应力分布云图的变化 ,并对比不同尺寸的辗辊、以及大小不同的载荷对工件加工变形过程的影响。分析冷辗加工中经常出现的轴承套圈失圆等异常情况形成的原因     

高速角接触球轴承动力学特性参数分析

根据滚动轴承的分析理论,在100000r/min的转速范围内,对角接触球轴承的接触应力、接触角、旋滚比及刚度的变化特性进行了全面分析。分析结果表明:各性能参数均呈现显著的非线性变化特征;随转速升高,轴承径向刚度及轴向刚度值也是先下降后上升,且变化范围较大;陶瓷球混合轴承几乎在所有的性能参数对比上均明显优于传统的钢球轴承,与传统钢球轴承相比,其接触应力明显降低、接触角变化较小、轴向与径向刚度变化程度相对较低、动态特性相对稳定,从而具有传统钢球轴承无可比拟的优越性。     

高速角接触球轴承动力学特性参数分析

根据滚动轴承的分析理论，在100000r／min的转速范围内，对角接触球轴承的接触应力、接触角、旋滚比及刚度的变化特性进行了全面分析。分析结果表明：各性能参数均呈现显著的非线性变化特征；随转速升高，轴承径向刚度及轴向刚度值也是先下降后上升，且变化范围较大；陶瓷球混合轴承几乎在所有的性能参数对比上均明显优于传统的钢球轴承，与传统钢球轴承相比，其接触应力明显降低、接触角变化较小、轴向与径向刚度变化程度相对较低、动态特性相对稳定，从而具有传统钢球轴承无可比拟的优越性。     

游隙对滚滑轴承内部载荷及应力影响的研究

滚滑轴承是一种新型轴承,可应用于风力发电机齿轮箱。根据滚动轴承基本原理和接触力学原理,建立滚滑轴承有限元模型,研究滑块与内外套圈滚道之间的游隙对滚滑轴承内部载荷及应力的影响,得到不同游隙时不同大小载荷工况下典型工作位置处滚滑轴承的内部载荷与应力分布规律。在研究中,提出滚滑轴承临界载荷的概念。研究结论可以为滚滑轴承的基础理论研究和参数优化提供参考。