深沟球轴承跨尺度建模及非赫兹接触分析
发布时间：2021-02-21 14:32
深沟球轴承是汽车变速器中最为常用的承载部件,它在工作时既是运动连接件,又是载荷支撑件,运动和受力状态较为复杂。深沟球轴承的主要失效形式如接触疲劳、摩擦磨损、点蚀、剥落、胶合等都与轴承滚珠与滚道之间的接触状态紧密相关。因此,研究深沟球轴承滚珠与滚道之间的真实接触状态具有重要意义。本文通过编写MATLAB程序,并结合有限元前后处理器的特点,实现了一种既能提高求解精度又能节省计算机求解时间的有限元仿真方法,称之为跨尺度有限元建模方法,用以解决利用有限元方法仿真轴承滚珠滚道接触时计算精度和效率不可兼得的问题。并以两相同线弹性半球的三维赫兹点接触问题为例,证实了使用跨尺度有限元法求解三维接触问题的求解精度可满足一般工程实际的需求。本文的研究与工程实际紧密结合,以某三轴式变速器内部某深沟球轴承出现过早失效为研究背景,计算了该变速器在一挡与倒档等大扭矩极限工况下各支承轴承的外载荷,证实变速器内承载最严重的深沟球轴承正是该变速器台架试验中提前失效的轴承。随后,建立起承载最严重深沟球轴承的有限元模型。考虑径向与轴向载荷、游隙、保持架调心作用、轴承各部件弹性及重力等因素,使用真实弹塑性材料本构仿真分析了准...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变速器轴承损坏示意图
重庆大学硕士学位论文8从图2.1可以看出，跨尺度有限元建模方法一方面需要从粗网格整体模型中提取接触区域局部并对其进行网格细化，得到网格尺寸很小的细网格模型；另一方面需要从粗网格整体模型仿真结果中提取出接触区域的位移边界（即分离截面节点位移曲线），并利用MATLAB程序对位移边界进行处理，最后将处理后的位移边界通过编程重新加载到细网格模型中，完成跨尺度有限元建模。2.1.2网格细化处理过程以两半球点接触仿真分析为例，网格细化处理过程如下图2.2所示。图2.2网格细化处理过程示意图Fig2.2Schematicdiagramofthemeshrefinementprocess首先，从粗网格模型中提取出两半球接触区域实体网格，如图2.2(a)所示。然后，利用网格实体生成分离截面，并将轴承原始接触表面嵌入到模型中，找出其与分离截面的相交线，进而根据相交线删除轴承原始接触表面中除接触区域以外的部分，得到局部模型三维面模型，如图2.2(b)所示。最后，在每相邻两个节点之间插入多个节点并重新生成面网格，进而根据面网格生成三维实体网格，得到细网格模型，如图2.2(c)所示。2.1.3位移边界处理方式及程序编制节点位移描述的是有限元单元受到外界作用时产生的内部和外部位置变化，它能够反映物体外形、材质、外力、约束等的影响。因此，跨尺度有限元法普遍采用传递节点位移曲线来实现边界条件的继承，本文亦是如此。从粗网格整体模型中提取的分离截面节点位移曲线包含了节点编号、不同时刻节点位移值、位移极值等信息，如下图2.3所示。
2轴承跨尺度有限元接触仿真方法9图2.3节点位移曲线所含信息Fig2.3Informationcontainedinthenodedisplacementcurve其中，各时刻节点位移值是关键信息，对于它的处理和传递方式更是跨尺度有限元建模方法的核心。本文的位移边界处理方式是：直接提取出各时刻位移值及时间值，将其输出成为新的节点位移曲线，以求完整保留节点位移信息。读入存放节点位移数据的txt文档逐行读取txt文件读取guodu.txt，得到1个X行2列的矩阵结束判断该行第八位字符是否为数字？将该行写入guodu.txt文件中是舍去该行否循环结束依次将矩阵第1行和第2行赋值给列向量分别将列向量转化为矩阵输出新的位移曲线到curve.txt图2.4位移曲线处理程序框图Fig2.4Blockdiagramofdisplacementcurveprocessingprogram
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型双排四点接触球轴承载荷分布影响因素研究[J]. 杜静,张禄,杨显刚. 重庆大学学报. 2018(02)
[2]疲劳裂纹的跨尺度分析[J]. 李明,刘扬,唐雪松. 浙江大学学报(工学版). 2017(03)
[3]身管精锻过程跨尺度多晶体塑性有限元模拟与织构预测[J]. 徐笑,樊黎霞,王亚平,董晓彬. 兵工学报. 2016(07)
[4]3种微织构对径向滑动轴承性能的影响[J]. 尹明虎,陈国定,高当成,王琳. 哈尔滨工业大学学报. 2016(01)
[5]深沟球轴承动态接触特性有限元仿真分析[J]. 白桂彩,申屠留芳. 机械传动. 2015(02)
[6]汽车变速器疲劳寿命的研究与发展综述[J]. 刘新猛,胡职梁,谢里阳,何雪浤. 机电工程. 2014(06)
[7]高速滚动轴承-转子系统时变轴承刚度及振动响应分析[J]. 曹宏瑞,李亚敏,何正嘉,朱永生. 机械工程学报. 2014(15)
[8]确定总应变寿命方程参数的一种方法[J]. 王延荣,李宏新,袁善虎,魏大盛,石亮. 航空动力学报. 2014(04)
[9]双层滚珠轴承的载荷分布研究[J]. 金超武,余旭东,朱益利,徐龙祥,李攀登. 机械科学与技术. 2014(02)
[10]GCr15轴承钢韧性断裂阈值研究[J]. 刘向远,郝南海. 机械制造与自动化. 2013(06)
硕士论文
[1]深沟球轴承发热瞬态有限元仿真研究[D]. 邓钦文.重庆大学 2017
[2]基于局部模型的球轴承接触仿真研究[D]. 谢豪.重庆大学 2016
[3]某变速器轴承滚珠与滚道非赫兹接触分析[D]. 兰江明.重庆大学 2015
[4]滚动轴承接触分析[D]. 尹美.湖南大学 2012
[5]汽车变速器轴承故障诊断研究[D]. 蔡源春.湖南大学 2007
本文编号：3044488
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变速器轴承损坏示意图
重庆大学硕士学位论文8从图2.1可以看出，跨尺度有限元建模方法一方面需要从粗网格整体模型中提取接触区域局部并对其进行网格细化，得到网格尺寸很小的细网格模型；另一方面需要从粗网格整体模型仿真结果中提取出接触区域的位移边界（即分离截面节点位移曲线），并利用MATLAB程序对位移边界进行处理，最后将处理后的位移边界通过编程重新加载到细网格模型中，完成跨尺度有限元建模。2.1.2网格细化处理过程以两半球点接触仿真分析为例，网格细化处理过程如下图2.2所示。图2.2网格细化处理过程示意图Fig2.2Schematicdiagramofthemeshrefinementprocess首先，从粗网格模型中提取出两半球接触区域实体网格，如图2.2(a)所示。然后，利用网格实体生成分离截面，并将轴承原始接触表面嵌入到模型中，找出其与分离截面的相交线，进而根据相交线删除轴承原始接触表面中除接触区域以外的部分，得到局部模型三维面模型，如图2.2(b)所示。最后，在每相邻两个节点之间插入多个节点并重新生成面网格，进而根据面网格生成三维实体网格，得到细网格模型，如图2.2(c)所示。2.1.3位移边界处理方式及程序编制节点位移描述的是有限元单元受到外界作用时产生的内部和外部位置变化，它能够反映物体外形、材质、外力、约束等的影响。因此，跨尺度有限元法普遍采用传递节点位移曲线来实现边界条件的继承，本文亦是如此。从粗网格整体模型中提取的分离截面节点位移曲线包含了节点编号、不同时刻节点位移值、位移极值等信息，如下图2.3所示。
2轴承跨尺度有限元接触仿真方法9图2.3节点位移曲线所含信息Fig2.3Informationcontainedinthenodedisplacementcurve其中，各时刻节点位移值是关键信息，对于它的处理和传递方式更是跨尺度有限元建模方法的核心。本文的位移边界处理方式是：直接提取出各时刻位移值及时间值，将其输出成为新的节点位移曲线，以求完整保留节点位移信息。读入存放节点位移数据的txt文档逐行读取txt文件读取guodu.txt，得到1个X行2列的矩阵结束判断该行第八位字符是否为数字？将该行写入guodu.txt文件中是舍去该行否循环结束依次将矩阵第1行和第2行赋值给列向量分别将列向量转化为矩阵输出新的位移曲线到curve.txt图2.4位移曲线处理程序框图Fig2.4Blockdiagramofdisplacementcurveprocessingprogram
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型双排四点接触球轴承载荷分布影响因素研究[J]. 杜静,张禄,杨显刚. 重庆大学学报. 2018(02)
[2]疲劳裂纹的跨尺度分析[J]. 李明,刘扬,唐雪松. 浙江大学学报(工学版). 2017(03)
[3]身管精锻过程跨尺度多晶体塑性有限元模拟与织构预测[J]. 徐笑,樊黎霞,王亚平,董晓彬. 兵工学报. 2016(07)
[4]3种微织构对径向滑动轴承性能的影响[J]. 尹明虎,陈国定,高当成,王琳. 哈尔滨工业大学学报. 2016(01)
[5]深沟球轴承动态接触特性有限元仿真分析[J]. 白桂彩,申屠留芳. 机械传动. 2015(02)
[6]汽车变速器疲劳寿命的研究与发展综述[J]. 刘新猛,胡职梁,谢里阳,何雪浤. 机电工程. 2014(06)
[7]高速滚动轴承-转子系统时变轴承刚度及振动响应分析[J]. 曹宏瑞,李亚敏,何正嘉,朱永生. 机械工程学报. 2014(15)
[8]确定总应变寿命方程参数的一种方法[J]. 王延荣,李宏新,袁善虎,魏大盛,石亮. 航空动力学报. 2014(04)
[9]双层滚珠轴承的载荷分布研究[J]. 金超武,余旭东,朱益利,徐龙祥,李攀登. 机械科学与技术. 2014(02)
[10]GCr15轴承钢韧性断裂阈值研究[J]. 刘向远,郝南海. 机械制造与自动化. 2013(06)
硕士论文
[1]深沟球轴承发热瞬态有限元仿真研究[D]. 邓钦文.重庆大学 2017
[2]基于局部模型的球轴承接触仿真研究[D]. 谢豪.重庆大学 2016
[3]某变速器轴承滚珠与滚道非赫兹接触分析[D]. 兰江明.重庆大学 2015
[4]滚动轴承接触分析[D]. 尹美.湖南大学 2012
[5]汽车变速器轴承故障诊断研究[D]. 蔡源春.湖南大学 2007
本文编号：3044488
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