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。     

圆弧修形滚子-滚道接触变形计算的拟合方法

针对圆弧修形滚子-滚道接触变形没有合适计算公式的问题,提出了一种得到接触变形计算公式的新方法——基于数值计算结果的数据拟合方法。使用结构分析中的影响系数法进行了圆弧修形滚子-滚道接触时的接触变形量的计算,然后采用多元线性回归拟合方法得到了接触变形的拟合公式。该公式包括轴承尺寸参数、滚子修形参数及载荷参数,可用于圆弧修形滚子-滚道接触变形的快速计算,因此可以提高圆弧修形滚子轴承动力学特性分析的效率。     

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。     

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。     

基于刚度等效与实体混合的三排圆柱滚子轴承力学模型与修形设计

三排圆柱滚子轴承具有尺寸大，套圈变形大，滚子多，转速低等特点，需要综合考虑套圈变形以及复杂接触进行轴承接触力学特性分析与修形设计来提高轴承疲劳寿命。针对三排圆柱滚子轴承接触对数量多，计算量大等问题，考虑大型套圈变形提出了基于刚度等效与实体混合的三排圆柱滚子轴承力学模型，其中内、外圈采用有限元，与滚子接触采用非线性弹簧模型与实体有限元模型混合方式，并通过实例将等效模型与整体有限元模型、接触有限元子模型进行对比分析，结果表明：等效模型与整体有限元模型滚子法向接触载荷计算误差在7%以内，且计算效率大幅提升。基于等效模型开展滚子修形设计研究，主推滚子的最优修形方式为对数修形，最优对数修形量范围为0.09～0.13 mm,并且第1列主推滚子的修形量应大于第2列主推滚子。     

对数修形圆锥滚子的弹流润滑分析

考虑接触体表面的弹性变形效应与润滑剂的压粘效应,建立圆锥滚子轴承的弹性流体动力润滑模型;并进行了完全数值解分析,得到了流体动压力分布、油膜形状与表面层内Mises应力分布。分析了对数修形圆锥滚子的弹流润滑特性。结果表明,直母线的圆锥滚子的弹流压力分布在滚子两端存在压力峰,并在滚子表层有应力集中现象;而对数母线的滚子在两端区域没有很高的压力峰和应力集中。滚子大端的流体动压力较高,而滚子的小端压力较低;在滚子的两端区域存在较小的油膜厚度,而且滚子小端的油膜厚度更薄;对数修形的圆锥滚子的最小油膜厚度增大,而中心油膜厚度减小;总体上对数修形滚子的弹流润滑状态得到改善。     

基于多线性强化材料模型的轧机轴承有限元分析

基于ANSYS建立了大型四列圆柱滚子轴承有限元模型,选用多线性强化材料塑性应变模型,分析了某型号轧机用大型四列圆柱滚子轴承在极限载荷下的滚子素线修形方式、滚子空心度以及滚子和内滚道的硬化层深度对轴承最大接触应力及塑性应变的影响。结果表明:滚子对数修行时轴承接触应力较小;随内滚道和滚子硬化层深度增加,滚子与内滚道最大接触应力先增加而后趋于稳定;在空心度小于50%时,滚子内壁最大等效应力随空心度增大而增大,滚子外壁最大等效应力随空心度增大而减小,滚子最大接触应力随空心度增大而减小。在空心度大于50%时,滚子内(外)壁最大等效应力及滚子最大接触应力均随空心度增大而增大。     

游隙对铁路客车轴箱轴承性能的影响分析

基于RomaxD esigner软件,分析了铁路客车轴箱两套圆柱滚子轴承的径向工作游隙对滚子最大接触载荷、接触载荷分配、最小油膜厚度、轴承刚度及轴承疲劳寿命的影响,得出径向工作游隙是影响轴承力学性能的关键因素。分析结果表明:在给定的工况下,当内外侧两套轴承的径向工作游隙相差较大时,会导致两套轴承的载荷分配不均匀,进而使两套轴承的疲劳寿命不均衡,故两套轴承应采用相同的原始游隙,两套轴承的径向工作游隙差值要尽可能小;随着径向工作游隙的增大,模型中受载滚子个数逐渐减小,滚子的接触载荷分配曲线类似于正弦函数;轴承内外圈滚道最小油膜厚度随径向工作游隙的增大呈现先非线性增大后非线性减小的趋势,轴承内外圈最小油膜厚度与滚子承受最大载荷呈反比;轴承刚度随径向工作游隙的减小而增大,对滚子进行对数修形可以同时提高轴承的承载能力和抵抗变形的能力。     

空心圆锥滚子轴承接触特性分析

圆锥滚子轴承对于重载旋转机械的静动态性能有着重要的影响,空心滚子轴承正在逐渐被用于重要的工程实际中。基于Hertz接触理论和有限元方法,运用ANSYS分别建立了实心和空心圆锥滚子轴承的单滚子-套圈等效三维仿真模型,对比分析不同空心率和载荷等参数对实心和空心圆锥滚子轴承的弹性变形和接触应力等的影响规律,运用理论计算值验证了圆锥滚子轴承的接触应力值。分析结果为圆锥滚子轴承的优化设计和工程应用提供了参考依据。     

双列圆锥滚子轴承内圈端面间隙偏差对其力学特性的影响

双列圆锥滚子轴承的内圈为分体式结构,其设计加工过程中,两内圈尺寸必然存在偏差,其端面间隙偏差大小将直接影响轴承内部接触的力学性能和刚度特性,但影响规律尚不明确。本文建立考虑内圈端面间隙的双列圆锥滚子轴承有限元模型,开展不同载荷工况下内圈端面间隙对轴承内部接触与刚度特性影响研究,获得内圈端面间隙偏差对轴承接触应力和刚度的影响规律。研究表明：内圈端面间隙变化会引起双列圆锥滚子轴承力学特性的改变,需要对间隙偏差进行控制;随着内圈间隙增加,双列圆锥滚子轴承的滚子与滚道间接触应力增大,两内圈端面之间的应力减小,轴承刚度增加;当间隙增加到一定值后,轴承内部接触力学特性以及轴承刚度变化将不明显,以此作为间隙偏差控制范围。     

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。     

高速板带轧机四列滚动轴承非均匀接触力学性能及修形优化研究

针对高速板带轧机四列滚子轴承在偏载运行下滚子-滚道非均匀接触力学性能及滚子修形优化进行研究。建立了滚子-滚道接触力学模型,模拟了其偏载运行下的接触力学性能。提出滚子接触应力均匀分布原则,采用非对称对数曲线对四列滚子母线修形优化。研究表明：偏载轧制导致四列滚子承载分布严重不均,以某冷轧机四列滚子轴承为例,载荷分布偏差较常规轧制增加20%,列间接触应力差接近200MPa,单列滚子轴线方向接触应力差接近60MPa。接触应力差随修形量k₃差值减小而减小,当k₃差值减小到一定程度时,接触应力差反而变大,最终修形曲线优化参数为k₁=1.3,k₂=1,k₃=0.014-0.011。研究为延长轴承使用寿命、保证轧机安全稳定运行提供理论依据,具有重要工程意义。     

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"。     

六排滚子转盘轴承的有限元分析北大核心

针对转盘轴承套圈断裂和滚道剥落2种失效形式,提出了一种通过有限元分析对六排滚子转盘轴承进行强度校核的方法。该方法在建立转盘轴承有限元模型时将滚子滚道的非线性接触等效为非线性弹簧单元,并计算轴承套圈的内部应力分布,根据最大内部结构应力校核轴承的结构强度;采用滚子与滚道之间的接触模型计算滚子与滚道之间的最大接触应力来校核轴承的接触强度。该模型考虑了轴承套圈的结构变形,比传统轴承理论刚性套圈假设的计算结果更能反映实际情况。有限元计算结果与工程实际中该类型转盘轴承的失效情况相符。     

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。     

预载荷空心圆柱滚子轴承的动态刚度分析

对预载荷空心圆柱滚子轴承的动态刚度进行了分析.在考虑经典Hertz弹性接触、空心滚子变形和润滑的基础上,建立了滚子-滚道接触副的接触模型.进而在考虑离心力的情况下,计算了预载荷空心圆柱滚子轴承的动态刚度,得到轴承的刚度是随内圈旋转而周期性波动的,并分析了外载荷、空心度、过盈量和滚子个数对轴承动态刚度的影响.     

大型三排滚柱式转盘轴承的有限元计算分析

为提高三排滚柱式转盘轴承载荷分布的有限元计算效率,基于该装配体的结构特点,提出一种采用壳单元和非线性弹簧单元相结合的等效建模方法。利用弹簧单元替代滚子的载荷变形行为,并采用壳单元模拟滚子-滚道的接触面。该建模方法减小了非线性接触的计算量,以较低的计算规模有效地获取轴承的载荷分布。并通过静加载实验验证了有限元计算模型的有效性。根据有限元计算分析提供的最大载荷,对滚子-滚道进行接触分析,研究了不同间隙下滚子-滚道接触的应力分布。结果表明,随着间隙增大,滚子-滚道接触的边缘区域应力值增大,从而导致轴承疲劳寿命减小。     

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。     

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.     

圆柱滚子轴承次表面裂纹区域应力分布规律研究

圆柱滚子轴承套圈滚道次表面裂纹将改变滚子表面与滚道之间的接触特性，从而影响轴承的工作特性。针对这一问题，研究了次表面裂纹的长度、宽度和倾斜度对裂纹区域应力分布的影响规律。首先，采用有限元方法，建立了轴承滚子与滚道等效接触的计算模型，并将有限元模型与赫兹接触理论的算例计算结果进行了对比，对有限元模型的正确性进行了验证；然后，基于圆柱滚子轴承次表面裂纹的形态特征，提出了含次表面裂纹的滚子与滚道接触有限元计算模型；最后，基于有限元模型，分析讨论了次表面裂纹的深度、宽度和倾斜角度对滚道次表面应力区分布范围的影响规律。研究结果表明：当次表面裂纹的宽度增大时，应力区的深度和宽度都迅速增大；当次表面裂纹的深度增大时，应力区的深度和宽度都迅速降低；当次表面裂纹的高度与宽度一定时，次表面裂纹的倾斜角越大，次表面应力区越小，次表面裂纹对轴承接触特性的影响也越小。