短时过载下圆柱滚子轴承动态特性分析

发布时间：2019-11-30 05:21

【摘要】：在火箭发动机、舵机驱动等航天器运行中,滚动轴承会出现短时间内工作载荷超过额定静载荷数倍的过载情况,其内部较高的应力状态对轴承寿命有着重大的影响。在这种短时过载条件下,滚动体与内、外圈滚道接触部分的局部材料将发生塑性变形,轴承接触力和变形处于一种弹塑性非赫兹接触状态,滚动体载荷的反复作用将导致塑性变形的损伤累积,在设计此类轴承时需要考虑循环弹塑性应变导致的低周疲劳问题,但目前还没有形成通用的设计理论。本文针对航天轴承的过载工况,以圆柱滚子轴承为研究对象,分析圆柱滚子轴承在这种特殊工况下的动态性能,旨在为典型短时过载工况下的轴承性能分析提供理论依据,为该类轴承的工程优化设计提供技术支持。本文采用数值分析法,对短时过载工况下圆柱滚子轴承进行动态性能分析。利用有限元分析软件ANSYS和ANSYS/LS-DYNA建立圆柱滚子轴承非线性弹塑性接触有限元模型,研究分析短时过载下圆柱滚子轴承在不同过载系数k(轴承径向载荷与额定静载荷之比)和转速对轴承弹塑性接触应力应变分布、轴承振动特性以及保持架打滑率的影响;并在弹塑性力学和赫兹接触理论的基础上,推导了圆柱滚子轴承非线接触弹塑性应力应变的计算公式。研究结果表明:过载工况下滚子端部会出现明显的应力集中,滚子最大切应力的深度随着过载系数的增大而增加;轴承各部件的最大塑性变形量随过载系数的增加,均呈非线性增加趋势,且在轴承运行过程中,轴承塑性变形量具有“累积效应”;在过载工况下,轴承振动主要受到轴承塑性变形量的影响,塑性变形量越大轴承振动越剧烈;当过载系数大于1.5时,过载系数对保持架打滑率影响很小,保持架打滑率基本为0;此外,过载条件下轴承转速对轴承的塑性变形量、振动及保持架打滑率均有较大的影响,为保证过载条件下轴承具有较好的动态特性,轴承转速应n?min/r3000。对过载轴承进行静压试验后测量其最大塑性变形量,并在S0910-A型轴承振动测量仪上完成了振动试验,将试验结果与理论计算结果以及数值计算结果进行对比分析,结果表明:弹塑性应力应变计算公式适用于低过载下圆柱滚子轴承塑性变形量的计算,高过载工况下数值分析法计算的轴承塑性变形量更为准确。
【图文】：

且它们的结构又比较复杂，因此将其简化成一个空心圆柱。圆柱滚子轴承最终简化模型如图3-1 所示。图 3-1 圆柱滚子轴承有限元分析几何模型Fig. 3-1 Finite element model of cylindrical roller bearing2 对数母线修形滚子的建立对于一般的直母线滚子轴承，在滚子与滚道的接触端部经常会发生早期的接触疲劳点蚀，主要由于轴承受载后，，直母线滚子两端会出现边缘应力集中，即“边缘效应”，而“边缘效应”的出现往往能够很大程度降低轴承的疲劳寿命。

3.2.3 定义单元类型及网格划分ANSYS 中有关实体模型的网格划分主要有三种方法：自由网格划分法划分法和映射网格划分法。其中映射划分和扫掠法要求体遵循一定的映射划分对实体形状要求最为严格，一般为六面体结构。自由网格对殊要求，对任何几何模型，不管其规则与否，都可以进行网格划分，定的准则，自由体网格一般限定为四面体单元。此次研究对象为圆柱本文对滚子采用对数修形，若采用六面体单元或扫掠方法对滚子进行，会产生很多不规则和畸变单元甚至无法完成网格的划分，很可能会易收敛，或计算结果误差太大，因此本次圆柱滚子轴承分析采用四面体D187，用自由网格的方式划分实体。对于滚动体以及滚道上与滚动体位，由于接触应力比较大，且是重点分析的对象，因此对这些部位的局部细化保证接触部位的网格尺寸小于赫兹接触椭圆短半轴的 50%，滚道面进行网格加密，使计算结果更加准确，如图 3-3 所示。
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.33

【共引文献】

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本文编号：2567784