机械轴承工作状态的ANSYS仿真研究

钢丝滚道球轴承是机械结构中常见的轴承方式之一,为了更好的了解其工作性能,应用弹性接触理论,对机械轴承的工作状态进行ANSYS仿真分析。通过对钢丝滚道球轴承点接触问题进行建模与仿真分析,得到接触压力和各向应力分布的状态。     

球轴承中的点接触问题

通过对两个主曲率平面两两共面的光滑弹性体的接触几何分析，给出了球轴承滚动体与滚道接触区诸如接触变形、接触应力等力学参数的计算方法，为滚动轴承的设计分析提供了计算依据。     

角接触陶瓷球轴承弹流润滑状态分析

基于点接触弹流润滑理论,建立角接触陶瓷球轴承弹流润滑的数学模型,采用多重网格法分析油气润滑条件下内部接触区的润滑状态,得到角接触陶瓷球轴承的点接触弹流润滑完全数值解.分析结果表明:由于颈缩的存在,在相应的位置上将出现二次压力峰;在二次压力峰处,油膜开始收缩,形成出口区的颈缩现象;随着转速的增大,外圈油膜最大压力连续增大,内圈油膜最大压力变化不明显,内、外圈最小油膜厚度随转速增大而增大;轴承载荷影响主要表现在压力分布上,随着载荷逐渐增大,内圈接触区油膜最大压力变大.     

弹性流体动力润滑状态下滚动轴承摩擦的分析

基于非牛顿弹性流体动力润滑(弹流润滑)点接触问题的数值求解方法,对深沟球轴承滚动体与滚道椭圆接触的稳态与瞬态润滑问题进行了分析.依据油膜压力与油膜厚度的数值计算结果,讨论了接触表面粗糙度、表面几何形态(粗糙表面峰谷高度)、滑滚比、接触力以及滚动速度等参数的改变对润滑深沟球轴承摩擦系数的影响.结果表明:表面粗糙度的改变对摩擦系数的影响较小;粗糙度一定时,表面几何形态的差别对摩擦系数影响较小;摩擦系数随着滑滚比的提高而增大;接触力与滚动速度的提高导致摩擦系数增大.     

大型双排四点接触球轴承载荷分布影响因素研究

为充分研究大型双排四点接触球轴承的载荷分布,采用超单元法模拟滚珠滚道接触,用等效梁法模拟螺栓,得到大型双排四点接触球轴承有限元简化模型,并通过与理论模型及经验公式结果对比,验证了该模型的正确性。在此基础上,利用此模型分析螺栓预紧力、安装表面平面度及变桨同步度对轴承载荷分布的影响。结果表明:随着均布螺栓预紧力的增加,轴承最大接触载荷先降低后小幅增加;非均布螺栓预紧力使轴承接触载荷波动加剧;平面度误差会造成轴承接触载荷分布不规则突变;当变桨同步度为负时,轴承的接触载荷增大。     

不同载荷下的球轴承内部接触热阻计算

针对球轴承滚动球体与内、外滚道之间的不完全接触而引起的接触热阻,结合半空间椭球坐标系拉普拉斯温度分布方程,提出了滚动球体与内、外滚道之间接触热阻的理论计算方法.以赫兹接触理论为依据,研究了轴承内部载荷分布和椭圆接触区域参数的确定方法.分析了不同载荷对轴承内部接触热阻的影响.高速进给系统平台的实验结果表明理论值和实验测试值的最大误差仅为4.62％,该方法为不同载荷条件下球轴承内部接触热阻的解析计算提供了一种有效方法.     

计入粗糙度的深沟球轴承弹塑性接触性能分析

为揭示表面粗糙度对深沟球轴承弹塑性接触性能的影响,根据该轴承的载荷分布,把滚动体与内滚道接触转变为二次型函数极值问题,并建立考虑表面粗糙度的该轴承弹塑性接触模型,运用半解析法对该模型进行求解,获得了计入表面粗糙度影响的深沟球轴承弹塑性接触性能。数值结果表明:表面粗糙度会使内滚道宽度方向两端处的局部压力减小,同时使内滚道接触压力、von Mises应力、残余应力和残余变形的幅值较光滑情况时增大;同时表面粗糙度导致深沟球轴承中内滚道接触压力和残余变形分布发生波动,易使内滚道次表面产生应力集中,进而影响轴承整体使用寿命。     

接触测量中测头半径误差的修正

以四点接触球轴承沟道轮廓测量为例，对接触测量中测头半径引入的系统误差进行了理论分析，给出修正误差的方法及微机处理数据的程序。     

高速四点接触球轴承力学模型的数值求解算法

文中根据Hertz弹性接触理论分别建立了零转速和高速工况下四点接触球的力学模型;针对高速四点接触球轴承力学模型数值求解初值难以确定和不易收敛的问题,提出了一种基于Newton-Raphson理论的高速四点接触球轴承力学模型的数值求解算法,并给出了迭代变量取值范围及收敛因子的选取原则.为了降低求解难度,文中通过对高速四点接触球轴承力学模型进行数学变形,使得未知量的个数减少了一半.为了解决求解规模较大非线性方程组时经常出现卡死现象的问题,文中通过优化算法解决卡死现象,并提高了计算效率.文中算法计算结果与Jones程序结果的比较表明,调整收敛因子可控制文中算法的收敛性和收敛速度,从而验证了文中算法的正确性.     

预紧及尺寸误差对角接触球轴承-转子振动性能的影响

通过对角接触球轴承受力分析,建立了单个滚子受力变形、滚动轴承整体受力变形、轴承承载区范围与预紧量关系的数学表达式,并在此基础上给出了考虑滚子、滚道尺寸误差,保证轴承滚子与内、外滚道全接触时的最小轴向预紧量的计算公式,建立了刚度和阻尼的计算模型。以7012C型角接触球轴承支承的Jeffcott转子为算例,计算研究了预紧量和尺寸误差对转子的振动性能的影响,计算了在不同预紧量下、有误差和无误差时的轴承振动频谱图,计算了预紧量变化对最大振幅和临界转速的影响规律曲线,并对计算结果进行了理论分析。     

四点接触球轴承的接触问题研究

该文基于有限元方法,利用ANSYS Workbench软件建立球轴承的非线性接触模型,求解了四点接触球轴承的受力和变形情况.计算结果表明:用ANSYS Workbench计算分析轴承接触问题在一定程度上是可行的,较符合轴承受力后变形的实际情况.求解得到的球轴承滚珠等效应力分布和最大接触压力分布为轴承设计和轴承失效形式分析提供了理论依据,具有工程参考价值.     

高速球轴承微接触弹流摩擦及生热分析

针对高速工况下整体法对于电主轴中高速球轴承中球-滚道间差动滑动摩擦生热量计算不准确、传统的局部法需要依赖大量成本较高的拖动力实验才能计算差动滑动摩擦生热的问题,提出了一种根据弹流润滑及微接触理论计算高速球轴承差动滑动生热量的模型。该模型根据弹流润滑微接触理论计算球-滚道接触区域中的摩擦切应力,在此基础上计算了球轴承内部的差动滑动摩擦生热及总生热量。通过对比验证发现,对于额定转速为14 000r/min的7008AC球轴承,当转速在5 000~20 000r/min工况范围内时,使用该模型的计算结果与基于拖动力实验的生热计算结果之间误差小于5%,当转速在20 000~40 000r/min工况范围内时小于23%,证明提出的方法能够在获得接触区域参数的条件下,不依赖于拖动力实验得到较为准确的生热量计算结果,增加了局部法生热计算的实用性。通过分析沟渠率半径等参数对球轴承生热的影响,指出应在考虑其他影响与设计要求的情况下,尽可能选用较大的内圈沟曲率半径系数及较小的外圈沟曲率半径系数。     

装配对角接触球轴承接触特性影响分析

为了探索角接触球轴承装配过盈和轴向预紧对接触特性的影响及规律,基于赫兹接触理论及假设条件建立球轴承接触角、接触尺寸和接触应力的理论计算模型,以7206C型角接触球为对象构建有限元装配接触模型,确定配合过盈量和预紧量的加载及约束方案。通过有限元解析和理论计算获得装配体中角接触球轴承的接触区域形状、接触应力和接触角数值。结果表明:配合过盈使接触区域成圆形分布,且接触应力低、接触角略小于初值;轴向预紧使接触区扩大成扁长椭圆状且接触应力较高、接触角明显大于初值;综合装配预紧使接触形状、接触应力和接触角趋于稳定,轴承支承刚度提高。     

单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能研究

针对单股钢丝绳在服役过程中因丝间接触引起的失效问题,基于弹性接触理论和曲杆理论,研究轴向扭转载荷作用下单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能。首先,综合考虑泊松比效应和接触变形等因素,建立具有多层结构的单股钢丝绳轴向力学性能与丝间接触性能的数学模型。其次,采用基于半解析法(SAM)的数值方案进行耦合求解。半解析法求解过程中,采用共轭梯度法(CGM)和快速傅里叶变换(FFT)求解多层结构单股钢丝绳丝间接触压力、接触变形及钢丝内部应力,揭示单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的接触性能参数随扭转载荷变化的演变规律,以及钢丝绳结构参数对单股钢丝绳丝间接触行为的影响机制。最后,通过与COSTELLO理论计算结果对比,验证单股钢丝绳多层接触耦合模型的有效性。研究结果表明:轴向扭转载荷作用下,单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的最大接触压力和变形均位于接触中心,且随扭转加载进程而呈非线性变化;在大扭转载荷下,内层螺旋钢丝与外层螺旋钢丝间的接触区易先发生应力屈服;相比于内层螺旋钢丝捻角,外层螺旋钢丝捻角对单股钢丝绳内部各层丝间的接触作用影响更加显著;扭转载荷引起的最大钢丝应力位于接触界面下,该应力区的应力及深度随螺旋钢丝捻角增大而增大。     

超高速角接触球轴承-轴系统动态分析

在综合有限元法和滚道控制理论的基础上,给出了角接触球轴承－轴系统在超高速工况下运转时各阶临界转速的计算方法,并讨论了预紧力和转速对轴系临界转速的影响。     

基于ANSYS的推力球轴承的接触仿真

为提高推力球轴承设计过程的效率和准确性,采用有限元分析法对该问题进行研究,取轴承的1/13建立有限元模型, 忽略保持架、润滑的影响,选用高阶单元模拟边界曲线,上下两滚道采用扫描方式进行网格划分,滚动体采用自由网格划分,用有限元软件ANSYS对推力球轴承的接触面形状和尺寸、接触应力进行模拟计算.将所得结果与Hertz 接触理论推导公式的计算结果进行比较,除接触椭圆短半轴的误差较大外,其他主要尺寸的误差较小.通过有限元软件的模拟可以得到更多的传统的方法不能得到的重要数据,从而提高轴承的设计水平.     

轴承工作过程中摩擦状态的仿真分析研究

1.钢丝滚道球轴承摩擦力和摩擦力矩产生机理 滚动轴承在工作的过程中,由于受到预紧和工作载荷的作用,会产生摩擦,摩擦的主要形式有以下几种: (1)弹性滞后引起的滚动摩擦:滚珠在载荷的作用下沿滚道表面滚动,接触表面下的材料产生弹性变形.在接触消除后,弹性变形的主要部分恢复.但是,通常在载荷增加时,给定应力所对应的变形总量总是小于载荷减小时的变形,称为弹性滞后,反映了一定的能量损失,表现为滚动摩擦阻力.     

高速角接触球轴承变形和接触角的数值分析与求解

文章在Hertz接触理论的基础上,应用Harris滚动轴承分析理论,针对球轴承,分析了其内部变形、接触角及其求解方法;并以角接触球轴承为例,应用哈姆罗克Hertz接触的简化解,对角接触球轴承内部变形进行了数值分析与计算,以便于高速轴承和轴系的量化分析,为球轴承的设计计算以及主轴的设计提供了重要参数。     

滚珠丝杠螺母副载荷分布的计算方法

依据滚珠丝杠螺母副工作过程的变形机制，提出了滚珠与滚道接触载荷仅引起滚道螺旋面整体轴向位置变化的假设，进而推导出滚珠与滚道接触点对应中心的轴向变化关系；依据赫兹接触理论和滚珠与滚道局部接触变形的几何关系，建立了滚珠与滚道接触力的数值计算模型.利用所提出的模型、有限元模型和现有文献模型对二维平面接触问题进行了计算，通过计算结果的对比验证了本文计算方法的准确性和适用性.以某滚珠丝杠螺母副为例，利用数值计算模型进行了计算，分析了滚珠与滚道之间的接触力和接触角随轴向载荷的变化规律.     

高铁圆锥滚子轴承滚子与滚道间的接触分析

基于Hertz接触理论与滚子切片理论,对高铁圆锥滚子轴承中不同凸形的滚子与滚道间的接触问题进行了数值分析.建立了滚子-滚道接触应力与接触载荷计算模型,对CRH3型高铁用轴承进行实例分析,求解其在滚子母线方向上的应力与载荷分布,并计算对数曲线型滚子在满载情况下的最佳凸度量.结果表明:滚子的应力集中程度与所受载荷大小相关;滚子的对数曲线型只能减小并不能消除滚子的应力集中现象;滚子的最佳凸度量略小于理论凸度值.