六排滚子转盘轴承的有限元分析

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。     

三排滚子转盘轴承的校核计算方法

针对现有转盘轴承在工程应用中所出现的滚道塑性变形、滚道疲劳剥落和套圈结构断裂这三种失效形式,利用转盘轴承的数值分析模型和有限元分析模型建立了联合载荷作用下三排滚子转盘轴承的校核计算方法。数值分析模型借助于变形协调条件和受力平衡条件解决了滚动体负荷分布的静不定求解问题;有限元分析模型将滚子简化为弹簧单元,而套圈仍然采用实体单元,避免了实体滚子与滚道接触的大量非线性数值求解计算。利用所建立的校核方法计算得出了滚道的抗塑性变形安全系数、滚道的疲劳寿命和套圈的结构强度安全系数,为判定该轴承满足给定应用工况要求的程度提供了依据。     

基于非线性弹簧的三排圆柱滚子组合转盘轴承静态承载能力模型

三排圆柱滚子组合转盘轴承数百对圆柱滚子/滚道非线性接触,其有限元模型复杂、计算量大,甚至不收敛。文中用非线性弹簧模拟圆柱滚子/滚道接触。首先用有限元的数值法获取单个圆柱滚子/滚道接触的载荷-变形曲线,即非线性弹簧特性曲线,并通过试验验证;然后基于非线性弹簧建立了三排圆柱滚子组合转盘轴承整体计算模型,分析了转盘轴承在外力作用下的内部接触载荷分布和整体变形情况,将最大接触载荷与理论计算结果进行对比。结果表明:用非线性弹簧代替圆柱滚子/滚道接触的有限元仿真模型能够准确地反映出转盘轴承的内部接触载荷分布以及整体变形情况,计算量大大减少,有效提高三排圆柱滚子组合转盘轴承设计、计算效率,具有重要的工程应用价值。     

双排四点接触球转盘轴承的有限元分析

针对转盘轴承在受载时不再遵循刚性套圈假设这一实际情况,利用有限元分析软件ANSYS建立了双排四点接触球转盘轴承的实体有限元模型。根据转盘轴承的实际工况设置了模型的边界条件,通过求解计算得到了转盘轴承内部的受力状况,并将本文的计算结果与基于刚性套圈假设数值计算结果进行了比较。结果表明:采用有限元方法得到的结果中有更多的钢球受载,且钢球与滚道之间的最大接触应力值有所降低。这归因于有限元方法将套圈看作是弹性体,在转盘轴承受到外部载荷作用时套圈将发生径向平面内的结构变形。有限元方法得到的结果更加符合转盘轴承的实际受力状况。     

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。     

风电机组主轴承的设计与技术要求

介绍了风电机组主轴承中滚子尺寸、保持架结构确定的原则及套圈、保持架材料的性能要求,运用有限元分析软件对该轴承的结构及保持架的强度、刚性进行了校核计算;运用转盘轴承计算软件对轴承寿命进行了校核计算,并在此基础上完善了轴承的结构设计,消除了由于轴承结构和保持架的刚性不足造成轴承早期失效的因素。     

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。     

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。     

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。     

风力发电机变桨轴承强度分析及影响因素

以某MW级风电机组双排四点接触球转盘轴承为例,采用ANSYS有限元分析软件建立叶片-轴承-轮毂的整体有限元模型,将钢球与沟道的非线性接触等效为弹簧单元,进行轴承结构强度和接触强度校核计算,该分析方法可减少大规模的接触计算,提高变桨轴承计算效率。对轴承宽度、加强盘厚度、轴承外径、沟道位置、预紧力等影响参数进行了研究,结果表明：增大轴承宽度、外径以及适当增加预紧力,有利于提高变桨轴承的静承载性能及疲劳性能;适当增大加强盘厚度,可有效提高变桨轴承沟道边缘的承载能力;沟道位置下移,可有效改善变桨轴承套圈的疲劳强度。     

考虑支撑结构及螺栓连接的变桨轴承强度分析

针对MW级风电机组变桨轴承静强度与疲劳强度分析的问题,建立了考虑轴承支撑结构刚度及螺栓连接的"叶片-轴承-轮毂"整体等效有限元模型。变桨轴承等效模型中滚球与滚道接触采用非线性弹簧等效,弹簧刚度利用Herz理论进行计算,并将弹簧节点与滚道曲面采用刚性联接,模拟滚球与滚道的接触边界条件;轴承与叶片、轮毂的螺栓连接采用梁单元进行等效,两端分别与被联接零件刚性联接,模拟轮毂-轴承-叶片螺栓联接接触边界条件;模型中弹簧载荷即为滚球载荷,基于Herz接触理论将得到的滚球载荷转化为接触应力,并可以分析滚球接触角变化与套圈变形及应力。采用此模型并结合ISO标准可以在考虑支撑结构及螺栓连接的基础上有效地分析变桨轴承静强度及疲劳强度,并且减少大规模接触计算,提高了计算效率。     

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.     

考虑热效应的圆柱滚子轴承内外圈位移及滚道应力特性分析

针对圆柱滚子轴承热特性如何影响轴承内外圈变形等轴承接触力学特性机理不明的问题,开展了考虑温度、转速、润滑等参数影响圆柱滚子轴承内外圈位移及滚道应力特性的动态分析。建立了轴承系统热-力耦合有限元模型,通过测试轴承变形量以及网格尺寸合理性分析验证了有限元模型的有效性。分析了不同转速、润滑油温度与流速下轴承内外圈位移及滚道应力特性。结果表明,轴承套圈位移随转速的增加逐渐增加;润滑油温度对滚道应力的影响取决于轴承游隙的大小,低温润滑下轴承滚道应力较大;轴承从启动状态到热平衡状态过程中内外圈位移变化明显,不同套圈角位置处位移变化幅度不同,整体上外圈位移大于内圈位移。     

滚动轴承零件表面应力分布对其寿命影响

运用ANSYS软件模拟了大尺寸滚动轴承滚道及滚子在接触过程中的应力分布情况,分析了圆锥滚子与轴承内圈和外圈对应力集中及应力分布的变化过程,分析了轴承滚子表面的压力分布对滚动轴承疲劳寿命的影响情况,并得出了现行的轴承标准中的大尺寸圆锥滚子轴承、滚动轴承套圈滚道及轴承滚子接触表面外圈滚道容易发生应力集中而产生边缘效应的结论,建议在结构设计上进一步优化。     

多排圆柱滚子组合转盘轴承静强度的计算

根据滚子的受力和变形关系,建立了轴向力及倾覆力矩作用下多排圆柱滚子组合转盘轴承的力及力矩平衡方程,用Newton迭代法对轴承的变形量进行了求解,进而计算了各排滚子的最大接触载荷及轴承中滚子的最大接触应力,对轴承的静强度进行了校核。     

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。     

大型索塔桥检查车转盘轴承有限元分析与优化

基于Hertz接触理论得到索塔桥检查车转盘轴承的最大接触应力,并进行强度校核。同时,利用Solidworks建立转盘轴承的简化模型,并通过有限元分析得到转盘轴承的应力云图。将有限元分析与理论计算值对比,验证有限元模型的正确性。在此基础上建立不同接触角的转盘轴承模型,通过对比可知:当接触角为45°~70°时,随接触角增大,转盘轴承的承载能力增大;当接触角大于70°时,继续增大接触角,转盘轴承的承载能力减小。     

考虑油沟的轴承边缘应力仿真分析和优化

某变速箱用圆柱滚子轴承使用中出现边缘应力集中而失效,分析其主要原因为用传统弹性接触理论校核时未考虑油沟,不能反映滚子与内外圈的实际接触情况。基于MASTA建立分析系统模型,并根据滚子与内外圈的实际接触情况对模型加以修正,实现内圈边缘应力的准确计算。分析油沟宽度与滚子修形量、轴承偏载角的关系,得出油沟最大宽度为0.7 mm。油沟优化设计后轴承进行耐久试验后无异常,说明了修正模型的正确性。     

变位机用转盘轴承的载荷分析与仿真

针对变位机的实际要求,选择4点接触球转盘轴承作为其主要承力部件,简要介绍了转盘轴承的构造、特点及变位机的工作要求.采用载荷叠加法在Matlab中编程计算,得到全载荷状态下当量负荷的分布情况,从而得出转盘轴承工作过程中当量负荷的最大值及其受力最差的位置,通过静力弹性接触理论公式得到此时受载最大的滚动体对滚道的接触应力.在ANSYS中对4点接触球转盘轴承进行有限元分析,得到静力下的应力和变形云图及受载最大的滚动体对外滚道的接触应力.与理论计算结果相比较,验证了有限元分析结果的正确性与可信性.     

基于非理想Hertz线接触特性的圆柱滚子轴承局部故障动力学建模

传统方法对圆柱滚子轴承局部故障动力学的分析都是基于Hertz线接触理论,然而当轴承的滚子为凸度形状时,滚子素线不为直线,滚子与滚道之间的接触问题已经超出Hertz线接触理论的范畴。针对这个问题,以滚道表面存在局部故障的圆柱滚子轴承为研究对象,提出考虑滚动体与内外圈滚道之间非理想Hertz线接触特性和时变位移激励的圆柱滚子轴承局部故障动力学模型,研究位移激励形式和局部故障尺寸对圆柱滚子轴承振动特性的影响规律。研究表明,该模型能克服传统的线接触经验公式无法考虑滚子与滚道曲率的缺点,能更加准确反映圆柱滚子轴承滚道表面局部故障与滚动体接触的实际情况,为滚动轴承早期局部故障动力学分析和诊断工作提供新的计算方法和一些有价值的结论。