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。     

汽车主减速器圆锥滚子轴承的最佳轴向预紧量

轴向预紧量会直接影响轴承的力学性能和使用寿命,以汽车主减速器用圆锥滚子轴承为研究对象,通过分析主减速器输出轴传动系统受力得到不同载荷工况下的齿轮载荷,并基于Romax建立主减速器输出轴-轴承系统模型,以齿轮载荷作为外载荷,分析轴向预紧量对轴承内部接触状态和疲劳寿命的影响。得出结论:随预紧量增大,受载滚子数增多,滚子与套圈最大接触载荷先减小后增大,最大接触应力先减小后增大;轴承寿命随预紧量的增大先增大后减小;最佳预紧量随径向载荷的增大而增大。     

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。     

联合载荷作用下交叉圆柱滚子转盘轴承的承载能力分析

建立了在径向、轴向和倾覆力矩联合载荷作用下交叉圆柱滚子转盘轴承的力学模型,该模型考虑了转盘轴承的游隙参数。采用Newton-Raphson法对力学模型进行了数值求解。计算了转盘轴承的安全系数和疲劳寿命两个承载能力指标,分析了转盘轴承游隙变化对转盘轴承内部载荷分布、安全系数和疲劳寿命的影响规律。结果表明:转盘轴承游隙的变化对转盘轴承内部的载荷分布和承载能力有着显著的影响。随着转盘轴承轴向游隙的增大,转盘轴承内部承担外部载荷的滚子数量逐渐减少,受载最大的滚子载荷也随之逐渐增大。在转盘轴承的轴向游隙从0 mm增大到0.24 mm的过程中,转盘轴承的承载能力安全系数下降了16%,疲劳寿命减小了26%。     

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。     

牙轮钻头空心圆柱滚子接触状况的有限元数值模拟

以牙轮钻头滚动轴承为研究对象,对常规直母线圆柱滚子与内圈滚道的接触状况进行三维有限元数值模拟。在验证模型正确性和算法可靠性的基础上,对不同载荷和空心度下直母线空心圆柱滚子的接触状况进行有限元分析。计算结果表明,合理空心度的滚子可以降低轴承的等效应力,从而提高轴承的疲劳寿命;合理空心度的选取往往与轴承系统的材料参数、几何结构尺寸参数以及所受的外载荷等因素有关,但采用合理的空心度仍然无法消除滚子轴向端部几何边界突变处的奇异性。研究结果发现,空心滚子的最大法向接触应力和最大等效应力相对于轴向初始接触对称中心线发生了一定程度的偏移;在相同空心度下,等效应力与载荷并非正比关系。此项研究为通用空心滚子轴承在牙轮钻头中的承载性能预测和结构优化设计以及今后的推广应用提供理论参考。     

航空圆柱滚子轴承热弹耦合下疲劳寿命研究

以M50NiL航空圆柱滚子轴承为研究对象,基于Lundberg Palmgren疲劳寿命理论和Hertz接触理论,结合Goodman公式及材料P S N曲线,综合考虑热应力和结构应力的共同作用,建立其疲劳寿命模型。该模型主要与最大Hertz接触应力及材料系数相关。在有限元软件ANSYS求解应力过程中,采用热塑性有限元法,计算温度场载荷;将摩擦热载荷产生的温度场和热应力分布做为应力分析的边界条件,推导轴承在热力耦合下的应力分布规律,并对某直升机单工况作用下的主减速器圆柱滚子轴承给出疲劳寿命评估,评估表明与试验值误差仅为1161%。研究结果表明,该疲劳寿命模型综合考虑热应力和结构应力的影响,是一种安全、有效的疲劳寿命估算方法。     

三排圆柱滚子轴承接触特性分析

建立三排圆柱滚子轴承的接触力学模型,计算分析三排圆柱滚子轴承在复合载荷下的接触载荷、最大接触应力及次表面应力的分布,以便确定每列最大载荷滚子所在的位置角。研究结果表明：第一排与第二排滚子承载区域相差180°左右,且第一排滚子承载的数量多于第二排;第三排滚子承受所有径向力,其滚子的接触应力远大于第一排和第二排。因此,适当增大第三排滚子的直径,有利于延长轴承疲劳寿命。     

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。     

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。     

航空圆柱滚子轴承热力耦合下疲劳寿命研究

以M50NiL航空圆柱滚子轴承为研究对象,基于Lundberg-Palmgren疲劳寿命理论和Hertz接触理论,结合Goodman公式及材料P-S-N曲线,综合考虑热应力和结构应力的共同作用,建立其疲劳寿命模型。该模型主要与最大Hertz接触应力及材料系数相关。在有限元软件ANSYS求解应力过程中,采用热塑性有限元法,计算温度场载荷;将摩擦热载荷产生的温度场和热应力分布做为应力分析的边界条件,推导轴承在热力耦合下的应力分布规律,并对某直升机单工况作用下的主减速器圆柱滚子轴承给出疲劳寿命评估,评估表明与试验值误差仅为11.61%。研究结果表明,该疲劳寿命模型综合考虑热应力和结构应力的影响,是一种安全、有效的疲劳寿命估算方法。     

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。     

凸轮滚子轴承疲劳寿命及滚子接触应力计算

根据凸轮作用在圆柱滚子轴承上的径向力计算了轴承的疲劳寿命;根据凸轮与轴承接触的运动关系计算了滚子轴承的极限转速;分析计算了圆柱滚子轴承的载荷分布,并根据得出的最大滚子载荷计算了轴承的内外圈与滚子的接触应力。结果表明,滚子轴承的极限转速在许用极限转速范围内;轴承外圈的疲劳寿命与滚子的寿命在一般的使用工况下均能达到设计使用要求;滚子与内外圈的最大接触应力在所选用材料的许用应力范围之内。     

偏载工况下深沟球轴承力学性能和疲劳寿命分析

考虑偏载和过盈量建立深沟球轴承力学分析模型和有限元模型,以6012深沟球轴承为研究对象,通过2种模型计算的球与内圈的接触载荷和轴承径向位移对比,验证了有限元模型的正确性,并分析了径向载荷、偏载角和过盈量对球与内圈的接触载荷和接触应力、轴承径向刚度和疲劳寿命的影响,结果表明：随径向载荷增大,球与内圈的接触载荷、接触应力和轴承径向刚度均增大,轴承疲劳寿命减小;随偏载角增大,球与内圈的接触载荷变化较小,0°方位角附近的球与内圈接触应力明显增大,其余位置增大缓慢,轴承径向刚度减小,轴承疲劳寿命先增大后减小;随过盈量增大,0°方位角附近的球与内圈的接触载荷和接触应力减小,其余位置增大,轴承径向刚度先减小后增大,轴承疲劳寿命增大。     

交叉滚子轴承的疲劳寿命分析

针对交叉滚子轴承的特点,建立了交叉滚子轴承寿命计算模型,研究了不同结构参数和载荷参数对轴承疲劳寿命的影响规律,总结出了提高轴承疲劳寿命的方法和措施,为交叉滚子轴承使用寿命的预测及结构设计提供了理论依据。     

交叉滚子转盘轴承的有限元分析

通过分析交叉滚子转盘轴承两组滚子的载荷分布情况,确定受载最大滚子,计算接触表面及次表面应力值,利用Pro/E和ANSYS Workbench之间的无缝连接,将在Pro/E中建立的三维几何模型导入ANSYS Work-bench中进行有限元分析,并与传统的理论分析计算结果进行比较,证明有限元分析的正确性,为转盘轴承的设计优化和疲劳寿命分析提供了科学依据。     

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.     

滚子凸度偏移对圆锥滚子轴承接触应力的影响北大核心

滚子的凸度偏移对圆锥滚子轴承的寿命有显著影响。通过有限元分析,讨论了圆锥滚子轴承在一定载荷条件下,滚子凸度中心分别向两端偏移时,滚子与轴承内外圈滚道的接触应力变化情况。结果表明:圆锥滚子凸度中心可向滚子大端偏移一定范围,若超出该范围,滚子两端会出现严重的应力差值,使轴承提前失效;且滚子的凸度中心不宜向滚子小端偏移。为提高轴承的接触疲劳寿命,需确定所允许滚子凸度偏移量。     

柔性支承结构建模刚度及塔筒风载荷对偏航轴承载荷分布的影响

为研究风力发电机偏航轴承有限元计算模型中,柔性支承结构建模刚度及塔筒风载荷对其载荷分布的影响,建立了兆瓦级风力机偏航轴承三维实体模型,并利用Hypermesh前处理,在Ansys环境中建立滚珠滚道非线性接触模型,并通过赫兹接触理论算法验证了该有限元模型的正确性。在此基础上,讨论约束系统刚度改变、塔筒风载荷等因素对轴承载荷分布及疲劳寿命等性能的影响。研究结果表明:随着轴承柔性支承结构(塔筒)有限元建模长度的增加,轴承滚子受载降低,波动减缓,同时理论疲劳寿命增加,当塔筒建模长度≥3Dt后,结果趋近于稳定。当考虑风载作用塔筒上产生的塔筒风载荷与叶轮风载荷联合作用时,计算结果表明此时迎风面偏航轴承接触载荷降低,背风面增加,总体对疲劳寿命有改善作用。     

大兆瓦风电主轴双列圆锥滚子轴承的承载接触机理

在风力发电机组弹性接触承载数值分析平台的基础上,建立了风电主轴双列圆锥滚子轴承的全尺寸接触模型,并用于研究给定工况下的3MW风电主轴轴承承载接触机理.在径向载荷条件下,比较了风电轴承接触载荷有限元结果与赫兹理论计算结果,从而验证了数值模型分析的合理性;在此模型的基础上,研究了倾覆力矩对风电轴承接触载荷分布的影响规律以及极限工况下的轴承接触载荷与变形分布;最后,分析了轴承轴向游隙变化对轴承承载接触载荷的影响.通过研究发现,给定工况条件下,轴向游隙负向增大时,最大接触载荷变大,轴向游隙正向增大时,受载的滚子变少,轴承最大接触载荷不断增大.风电主轴双列圆锥滚子轴承承载接触机理研究可为大兆瓦风电轴承柔性设计技术提供理论依据.