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。     

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。     

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。     

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。     

三排圆柱滚子转盘轴承寿命计算

提出了一种三排圆柱滚子转盘轴承在径向、轴向载荷和倾覆力矩联合作用下疲劳寿命的计算方法。通过轴承的径向和轴向静力平衡分析计算得到各排滚子的载荷,进而计算出各个套圈的当量滚动体载荷,由套圈的额定滚动体载荷和当量滚动体载荷计算出各个滚道的额定寿命,最终求出整个轴承的疲劳寿命。     

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。     

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。     

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。     

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。     

三排柱式回转支承非理想Hertz接触特性分析

传统方法对三排柱式回转支承的滚柱与滚道间的接触分析都是基于Hertz接触理论,然而滚柱与滚道的实际接触超出了Hertz接触理论的范围。针对该问题,重点研究了滚柱与滚道的非理想Hertz接触特性,得出了接触变形及接触应力沿滚柱轴向的变化规律。结合McEwen关于圆柱体法向接触理论,推导了滚柱与滚道接触区内部的应力场各应力分量解析表达式,并讨论了滚道失效与应力之间的关联。最后,建立了滚柱与滚道接触的3D有限元模型,仿真结果表明,接触区的应力分布与解析解基本吻合,结论可为三排柱式回转支承的设计与制造提供参考。     

异形支承圆柱滚子轴承结构优化

使用传统弹性接触理论校核某汽车变速箱用异形支承圆柱滚子轴承接触应力,结果满足设计要求,但使用中因出现边缘应力集中而失效。建立有限元模型进行分析,认为出现边缘应力集中的原因为外圈与滚子边缘接触位置有严重折弯变形,通过在轴承外圈上增加0.2 mm过渡阶梯的改进措施,折弯变形减小了50%。经耐久性试验验证,优化后轴承满足使用要求。     

乘用车轮毂轴承单元侧向冲击损伤分析

针对轮毂轴承单元冲击失效占比越来越高的问题,分析了侧向冲击机理,通过设计1/4转、1/2转及全转向3种不同侧向冲击试验,分析了冲击损伤对轮毂轴承振动噪声、沟道塑性变形与沟道接触疲劳寿命的影响,得到抗冲击型轮毂轴承单元的设计判据为:在主机客户要求的冲击工况下,轮毂轴承单元沟道冲击压痕不大于4.5μm,接触应力小于4900 MPa时,可满足使用要求。     

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。     

基于ANSYS的四列圆柱滚子轴承接触应力和刚度分析

对四列圆柱滚子轴承的接触应力、变形以及径向刚度进行了研究.建立了四列圆柱滚子轴承的有限元三维模型,基于ANSYS和Hertz接触理论,阐述了建模过程中的关键步骤,结合短应力线轧机的应用实例,计算了轴承滚子、内圈的接触应力与变形分布,直观表达了交错排列滚子之间的应力分布情况,计算结果和Hertz理论值相比较,具有较好的一致性.通过计算不同载荷下的轴承变形（轴承内孔轴线的相对位移）,获得了轴承刚度随径向载荷变化的规律.     

变桨轴承载荷分布分析

针对变桨轴承采用负游隙的应用条件,分析了该条件下单排四点接触球转盘轴承内、外圈尺寸的变化及该轴承的载荷分布,建立了负游隙条件下空载时套圈变形方程与联合载荷作用下载荷分布方程,并讨论了该轴承运动过程中的载荷分布状态。     

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.     

基于BP神经网络和有限元分析的深穴圆柱滚子的优化设计

针对直素线圆柱滚子轴承在工作中滚子端部出现应力集中,降低轴承接触疲劳寿命的问题,采用了深穴圆柱滚子。结构合理的深穴圆柱滚子轴承可以有效改善普通直素线滚子轴承受载后滚子两端的边缘应力集中现象。采用ABAQUS有限元分析软件对深穴圆柱滚子轴承进行了三维接触有限元分析,应用BP神经网络对滚子深穴结构进行了优化,优化后滚子两端部位的边缘应力集中明显减小,轴承的接触疲劳寿命和承载能力得到提高。     

基于修正L-P模型的轮毂轴承载荷分布与弯曲疲劳寿命分析

以第三代轮毂轴承为研究对象,推导了弯矩作用下滚动体与内滚道、外滚道的接触变形与接触载荷,提出了更为准确的接触载荷分布计算模型,分析了不同工况下轮毂轴承内部接触载荷和接触角的周向分布规律。在轮毂轴承内部载荷分布的一次修正基础上,考虑不同位置角的滚道材料和滚动体的接触疲劳,利用乘积定律进行统计处理,得到了第三代轮毂轴承疲劳寿命的修正L-P模型。结合ISO281—2007寿命修正计算方法,针对润滑现象进行二次修正,得到了经过润滑修正的第三代轮毂轴承疲劳寿命模型。利用旋转弯曲疲劳试验机进行了轴承的弯曲疲劳试验,试验结果显示,该疲劳寿命模型计算得到的理论值与试验值的误差在10%以内,验证了模型的正确性。     

圆锥滚子轴承外圈过盈配合量对装配高的影响

以33118圆锥滚子轴承为例,介绍了传统轴承过盈配合量与装配高变化量关系的数值计算方法,经与测量结果对比,误差较大(32%)。分析其主要原因为计算中将壳体、外圈等效转化为规则圆环,与实际情况不符,故建立包含壳体、轴承实际结构的有限元模型,计算轴承过盈配合量与装配高变化量的关系,与测量结果误差为2.9%,可以满足工程应用需求。