滚动轴承外圈局部缺陷的有限元动力学分析
发布时间：2021-03-27 22:31
以滚动轴承为研究对象,应用ABAQUS/Explicit建立外圈表面线剥落缺陷轴承和无缺陷轴承的有限元动力学分析模型.考虑载荷、转速、接触及摩擦等影响因素,研究了轴承外圈表面存在线剥落缺陷和无缺陷时的动力学响应;分析了滚动体与外圈间的接触力变化、滚动体进入和退出缺陷时的等效应力情况,根据滚道与滚动体间接触力的变化情况描述了滚动体滚过缺陷的多事件情景.结果表明:对于外圈表面存在局部缺陷的轴承和无缺陷轴承,滚动体与外圈的接触力幅值相等;缺陷轴承在缺陷进入点和退出点处,等效应力大小相等,约为无缺陷轴承等效应力值的两倍.通过分析径向载荷和转速共同作用下内圈耦合点在竖直方向上位移的变化趋势,验证了仿真模型的有效性.
【文章来源】：兰州理工大学学报. 2019,45(02)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图２滚动轴承的有限元模型Ｆｉｇ．２Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｒｏｌｌｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｂｅａｒｉｎｇ
Ｍｉｓｅｓ应力：１）取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承在０．００１ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，０．００１ｓ时径向载荷完全施加在轴承内圈上（此时内圈无转速载荷），如图３所示．在加载过程中，有局部缺陷和无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力随载荷的施加而增大，有局部缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力略大于无缺陷轴承的应力，原因是有局部缺陷轴承中滚动体离缺陷进入点的距离近．图３０．００１ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力（ＭＰａ）Ｆｉｇ．３ＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｔ０．００１ｓ（ＭＰａ）２）取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承在０．００２ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，０．００２ｓ时转速载荷全部施加在轴承内圈上，如图４所示．此时轴承在转速载荷的作用下，在有局部缺陷轴承中可以看到一个滚动体已进入缺陷，并且此滚动体不受任何载荷，即没有相应的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力；对于无缺陷轴承，滚动体在滚道上正常运行至０．００２ｓ时，有局部缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力比无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力大，是由于有局部缺陷的轴承在承载区域比无缺陷轴承承载区域少一个滚动体造成的．图４０．００２ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力（ＭＰａ）Ｆｉｇ．４ＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｔ０．００２ｓ（ＭＰａ）３）取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承在正常运转工况下０．００８ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，如图５所示．此时内圈上既有转速载荷又有径向载荷，轴承处于稳定运行状态，在这个阶段有局部缺陷与无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉ
ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，０．００２ｓ时转速载荷全部施加在轴承内圈上，如图４所示．此时轴承在转速载荷的作用下，在有局部缺陷轴承中可以看到一个滚动体已进入缺陷，并且此滚动体不受任何载荷，即没有相应的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力；对于无缺陷轴承，滚动体在滚道上正常运行至０．００２ｓ时，有局部缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力比无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力大，是由于有局部缺陷的轴承在承载区域比无缺陷轴承承载区域少一个滚动体造成的．图４０．００２ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力（ＭＰａ）Ｆｉｇ．４ＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｔ０．００２ｓ（ＭＰａ）３）取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承在正常运转工况下０．００８ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，如图５所示．此时内圈上既有转速载荷又有径向载荷，轴承处于稳定运行状态，在这个阶段有局部缺陷与无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力数值大小相等．综上所述，对于有局部缺陷和无缺陷轴承，最大接触应力都发生在滚动体与滚道的接触区域上．从图中可以看出：１）径向间隙为０．０２ｍｍ时，处于承载区域的滚动体都是１０个；２）当有局部缺陷的轴承中有滚动体进入缺陷时，此时有局部缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力大于无图５０．００８ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力（ＭＰａ）Ｆｉｇ．５ＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｔ０．００８ｓ（ＭＰａ）缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力．２．２轴承外圈节点的振动响应取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承外圈上同一点的位置作为观测点，如图２ｂ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ABAQUS的列车轴箱轴承动力学分析[J]. 郝烨江,李强,郑静. 轴承. 2014(03)
[2]滚动轴承外圈故障的显式有限元动态仿真分析[J]. 李国超,彭炜,李勇才,高立新,张键. 中国机械工程. 2012(23)
[3]滚动轴承动态接触特性数值模拟中若干问题[J]. 童宝宏,刘颖,苏荭. 机械工程学报. 2012(21)
[4]滚动轴承测振点的动力学响应分析[J]. 王彬,张建宇,高立新,胥永刚,崔玲丽. 振动与冲击. 2012(19)
[5]点缺陷深沟球轴承动力学特性的有限元分析[J]. 尹保健,夏新涛,高磊磊. 轴承. 2012(06)
[6]基于塑性材料模型的滚动轴承有限元分析[J]. 徐弘毅,张晨辉. 机械工程学报. 2010(11)
[7]存在点缺陷的深沟球轴承的动力学响应[J]. 张根源,周泓,常宗瑜. 浙江大学学报(工学版). 2009(08)
[8]深沟球轴承运转过程动态特性有限元分析[J]. 林腾蛟,荣崎,李润方,邵毅敏. 振动与冲击. 2009(01)
本文编号：3104349
【文章来源】：兰州理工大学学报. 2019,45(02)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图２滚动轴承的有限元模型Ｆｉｇ．２Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｒｏｌｌｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｂｅａｒｉｎｇ
Ｍｉｓｅｓ应力：１）取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承在０．００１ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，０．００１ｓ时径向载荷完全施加在轴承内圈上（此时内圈无转速载荷），如图３所示．在加载过程中，有局部缺陷和无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力随载荷的施加而增大，有局部缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力略大于无缺陷轴承的应力，原因是有局部缺陷轴承中滚动体离缺陷进入点的距离近．图３０．００１ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力（ＭＰａ）Ｆｉｇ．３ＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｔ０．００１ｓ（ＭＰａ）２）取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承在０．００２ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，０．００２ｓ时转速载荷全部施加在轴承内圈上，如图４所示．此时轴承在转速载荷的作用下，在有局部缺陷轴承中可以看到一个滚动体已进入缺陷，并且此滚动体不受任何载荷，即没有相应的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力；对于无缺陷轴承，滚动体在滚道上正常运行至０．００２ｓ时，有局部缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力比无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力大，是由于有局部缺陷的轴承在承载区域比无缺陷轴承承载区域少一个滚动体造成的．图４０．００２ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力（ＭＰａ）Ｆｉｇ．４ＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｔ０．００２ｓ（ＭＰａ）３）取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承在正常运转工况下０．００８ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，如图５所示．此时内圈上既有转速载荷又有径向载荷，轴承处于稳定运行状态，在这个阶段有局部缺陷与无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉ
ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，０．００２ｓ时转速载荷全部施加在轴承内圈上，如图４所示．此时轴承在转速载荷的作用下，在有局部缺陷轴承中可以看到一个滚动体已进入缺陷，并且此滚动体不受任何载荷，即没有相应的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力；对于无缺陷轴承，滚动体在滚道上正常运行至０．００２ｓ时，有局部缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力比无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力大，是由于有局部缺陷的轴承在承载区域比无缺陷轴承承载区域少一个滚动体造成的．图４０．００２ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力（ＭＰａ）Ｆｉｇ．４ＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｔ０．００２ｓ（ＭＰａ）３）取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承在正常运转工况下０．００８ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力，如图５所示．此时内圈上既有转速载荷又有径向载荷，轴承处于稳定运行状态，在这个阶段有局部缺陷与无缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力数值大小相等．综上所述，对于有局部缺陷和无缺陷轴承，最大接触应力都发生在滚动体与滚道的接触区域上．从图中可以看出：１）径向间隙为０．０２ｍｍ时，处于承载区域的滚动体都是１０个；２）当有局部缺陷的轴承中有滚动体进入缺陷时，此时有局部缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力大于无图５０．００８ｓ时的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力（ＭＰａ）Ｆｉｇ．５ＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｔ０．００８ｓ（ＭＰａ）缺陷轴承的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力．２．２轴承外圈节点的振动响应取有局部缺陷轴承和无缺陷轴承外圈上同一点的位置作为观测点，如图２ｂ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ABAQUS的列车轴箱轴承动力学分析[J]. 郝烨江,李强,郑静. 轴承. 2014(03)
[2]滚动轴承外圈故障的显式有限元动态仿真分析[J]. 李国超,彭炜,李勇才,高立新,张键. 中国机械工程. 2012(23)
[3]滚动轴承动态接触特性数值模拟中若干问题[J]. 童宝宏,刘颖,苏荭. 机械工程学报. 2012(21)
[4]滚动轴承测振点的动力学响应分析[J]. 王彬,张建宇,高立新,胥永刚,崔玲丽. 振动与冲击. 2012(19)
[5]点缺陷深沟球轴承动力学特性的有限元分析[J]. 尹保健,夏新涛,高磊磊. 轴承. 2012(06)
[6]基于塑性材料模型的滚动轴承有限元分析[J]. 徐弘毅,张晨辉. 机械工程学报. 2010(11)
[7]存在点缺陷的深沟球轴承的动力学响应[J]. 张根源,周泓,常宗瑜. 浙江大学学报(工学版). 2009(08)
[8]深沟球轴承运转过程动态特性有限元分析[J]. 林腾蛟,荣崎,李润方,邵毅敏. 振动与冲击. 2009(01)
本文编号：3104349
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