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。     

基于球-滚道非完全接触状态下的球轴承载荷分布计算及刚度特性研究

针对非完全接触状态下的球轴承建模及特性分析,提出新的初始位置假设,并结合球-滚道接触状态判定准则建立了不同载荷(轴向、径向及联合载荷)条件下高速球轴承的通用分析模型。在此基础上,运用球轴承刚度矩阵解析计算方法,构建嵌套式Newton-Raphson迭代算法,实现上述模型求解,并针对不同工况条件下的球轴承的内部载荷分布及刚度特性展开分析。计算结果表明,所得结果相比于Jones-Harris模型更具合理性和适用性,且轴承内部载荷分布及刚度特性受轴承外部载荷条件及内部接触状态共同作用,轴承内部接触区滚珠个数随轴承间隙、外部载荷及转速大小变化而改变,进而引起轴承刚度突变。此外,适当增加轴向载荷可有效改善轴承内部载荷分布及增加接触区滚珠个数。     

基于ANSYS的高速角接触球轴承接触分析

针对机床高速角接触球轴承复杂工况下的接触分析问题,首先利用ANSYS软件建立了有限元分析模型对球-平面接触进行有限元分析,将分析结果与赫兹公式理论解进行比较,验证有限元接触分析的正确性;然后分析了网格细化程度对计算精度的影响;最后建立了完整的角接触球轴承参数化模型,分析载荷、转速作用下的应力分布。得出如下结论:随着载荷的增大,每个球与内外圈的接触应力均增大,且与内圈的接触应力大于与外圈的接触应力;随着转速的增大,球与外圈的接触应力增大,而与内圈的接触应力减小。为角接触球轴承耦合热应力等的分析提供了方法。     

径向游隙对全钢轴承和陶瓷球轴承载荷分布和接触应力的影响

根据接触力学基本原理和滚动轴承设计基本理论给出了轴承载荷分布和接触应力的计算公式,应用滚动轴承载荷分布离散模型,通过编程求解轴承的载荷分布和接触应力。并以某电动机用深沟球轴承为例,计算不同径向游隙时全钢轴承和陶瓷球轴承的载荷分布和接触应力,结果表明：径向游隙对全钢轴承和陶瓷球轴承载荷分布的影响规律相似;在相同载荷下,陶瓷球和钢球的接触应力大小与轴承径向游隙密切相关,且存在最优径向游隙值。     

采用多目标函数确定角接触球轴承的最佳预载荷

轴承预载荷的取值在很大程度上影响着高速角接触球轴承的动态性能。本文综合分析了角接触球轴承接触应力、刚度、陀螺力矩、旋滚比、打滑率和寿命等一系列特征参数 ,采用多目标函数进行优化计算分析 ,给出了角接触球轴承的最佳预载荷确定方法。附图 4幅 ,表 2个 ,参考文献 2篇。     

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。     

角接触球轴承接触应力的有限元分析

推导了基于Hertz接触理论的载荷分布和接触应力的计算公式,并利用有限元分析软件ANSYS,建立了角接触球轴承接触分析的三维有限元模型。对单个滚珠的轴承接触问题进行了有限元分析,得到了径向载荷作用下球轴承的接触应力分布趋势。通过与Hertz理论计算结果对比分析,两者结果比较接近。     

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。     

尺寸偏差作用下角接触球轴承载荷分布研究

滚动轴承载荷分布的求解直接关系轴承承载能力、润滑特性、疲劳寿命等性能指标的计算。针对实际加工过程中存在的尺寸偏差,提出了考虑滚动体尺寸偏差的角接触球轴承载荷分布计算模型,分析了尺寸偏差大小、位置、数目、分布方式对轴承载荷分布的影响以及不同游隙下尺寸偏差的影响效果。通过对7218B型角接触球轴承的计算分析得出如下结论:对单个滚动体尺寸偏差而言,滚动体载荷变动量与尺寸偏差值呈线性关系,与滚动所处周向位置相关,但与轴承游隙无关;对多滚动体尺寸偏差而言,尺寸偏差滚动体的分布方式及相对大小均会对载荷分布产生重要影响。     

深沟球轴承接触力学特性分析

滚动轴承接触力学特性的分析是轴承分析的一个基础问题,钢球与套圈滚道的局部接触区域的网格单元尺寸对接触应力的有限元法仿真计算结果有着至关重要的影响。基于ANSYS仿真平台,提出了利用球切区域方法局部细化接触区网格,建立多对局部区域的面-面接触关系,从而建立球轴承多体多接触对有限元仿真模型。以深沟球轴承6012为实例,分析了深沟球轴承在静径向力下的载荷分布,将接触应力的仿真分析结果与Hertz理论计算结果进行对比,两者较好的吻合,验证了仿真分析结果是正确的,为轴承的进一步研究提供依据。     

考虑温度影响的角接触球轴承疲劳寿命仿真研究

针对承受热应力和结构应力共同作用下的角接触球轴承,利用ANSYS Workbench软件对其进行疲劳寿命分析。在三维软件Pro/E中建立轴承模型,导入有限元软件ANSYS Workbench中得到轴承的有限元模型,进行热-应力耦合分析,得到轴承温度分布和应力分布;根据零件的材料属性,利用ANSYS Workbench的Fatigue模块分析了轴承的疲劳寿命。根据软件模拟计算得到轴承寿命情况,为机床主轴轴承寿命的预测奠定基础。     

旋转隔离装置滚动轴承承载特性仿真分析

基于赫兹接触理论分析了在旋转飞行器发射中2种典型高过载冲击工况下旋转隔离装置轴承内部载荷分布情况,并建立有限元模型,分析了轴承静、动态承载特性,得到了轴承零件的应力变化曲线,结果表明轴承最大接触应力在球上与内沟道接触区域.     

不同轴向载荷下氮化硅全陶瓷轴承润滑特性

全陶瓷球轴承广泛应用在航天航空领域、燃气发动机和极端工况下,然而针对全陶瓷轴承油润滑特性的研究比较少见。以氮化硅6206全陶瓷深沟球轴承作为研究对象,在轴承测振仪上开展陶瓷轴承润滑特性实验研究,采用拟静力学和最小油膜厚度理论通过MatLab的牛顿迭代法得到比较精确的数值解,分析陶瓷轴承的接触载荷、轴向载荷、离心力、最小油膜厚度之间的关系,并通过改变供油量和轴向载荷得到陶瓷轴承在不同工况下的振动规律。实验结果表明：在轴向载荷相同条件下球与外圈之间的接触载荷比球与内圈之间的接触载荷大,轴向位移随着轴向载荷增加呈递增趋势;在轴向载荷一定时,存在一个最佳供油量使轴承振动最小,在干摩擦条件下轴承振动随着轴向载荷增加呈先减少后增大的趋势。     

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。     

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.     

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。     

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。     

双联角接触球轴承轴向预载荷试验

以角接触球轴承轴向载荷和轴向位移的非线性函数关系为基础,进行了双联轴承加载试验。通过对加载曲线的分析对比,得到了施加在双联轴承上的轴向预载荷。串联型双联轴承虽然不存在预载荷问题,但通过加载试验曲线的测试与分析,可以使两套轴承承受相同的轴向载荷。     

径向游隙对角接触球轴承两相流热特性的影响

径向游隙直接影响角接触球轴承内部两相流的分布以及热特性。为探究不同径向游隙下角接触球轴承油气润滑两相流热特性变化规律,基于两相流理论以及轴承换热机制,建立数值分析模型模拟轴承腔内油气两相流流动特性,分析径向游隙和轴承运行工况对轴承腔内流场分布以及温升的影响,并通过轴承温升试验验证了仿真结果。结果表明：油气两相流中油相受离心力影响主要分布在轴承外圈,径向游隙增大使得油相体积分数减少;轴承温升随着径向游隙增大而减少,一定程度上增大径向游隙可以减少轴承生热量。研究结果为探究角接触球轴承油气润滑热特性以及改善轴承腔结构参数提供了参考。     

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。