滾子軸承擬動力學(xué)分析模型建立1

1、滾子軸承擬動力學(xué)分析 模型建立.12014.4.13滾動軸承設(shè)計(jì)的主要基本理論彈性流體動力潤滑理論赫茲彈性接觸理論套圈滾道控制理論 剛性套圈假設(shè)1234接觸應(yīng)力和變形的計(jì)算是滾動軸承特性分析的前提條件之一，奠定了滾動軸承接觸分析的理論基礎(chǔ)。套圈控制理論假設(shè)：滾動體在某一滾道上只有純滾動,為“控制滾道”，在另一滾道既有滾動又有滑動，為“非控制滾道”研究在相互滾動或者滾動伴隨有滑動的條件下,兩彈性體之間流體潤滑膜的力學(xué)特性，取消了剛性潤滑邊界的假設(shè)，可以計(jì)算出最小油膜厚度和摩擦力。軸承內(nèi)、外套圈都不發(fā)生變形，只產(chǎn)生相對的剛性位移，軸承的變形只與滾動體和滾道局部接觸部位的變形有關(guān)。 典型的高速滾子軸

2、承是航空發(fā)動機(jī)渦輪前支承用向心短圓柱滾子軸承，其工作特點(diǎn)主要是：轉(zhuǎn)速極高，DN值常達(dá)到1.52106mmr/min ,高速時因離心力影響，滾子壓向軸承外圈滾道，以致在滾子與內(nèi)圈滾道間可能難以產(chǎn)生足夠的切向摩擦力，滾子沿內(nèi)圈滾道激烈滑動產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。 道森最先提出向心短圓柱滾子軸承的彈流潤滑理論模型，哈里斯建立了數(shù)值計(jì)算的滾子軸承數(shù)學(xué)模型。 在低速和重載時,套圈滾道控制假設(shè)是近似和實(shí)用的，但是在高速輕載下已證實(shí)該方法對滾動體轉(zhuǎn)速的預(yù)測存在很大的偏差，這是因?yàn)楦咚佥p載時滾動體和外圈之間可能發(fā)生相對滑動，不再是純滾動。擬靜力學(xué)分析方法動力學(xué)分析方法方程性質(zhì)基于平衡方程的非線性代數(shù)方程組基于運(yùn)動方程的

3、微分方程組約束條件需采用運(yùn)動約束條件的假定無需運(yùn)動約束條件的假定計(jì)算收斂性收斂性與彈流潤滑切向摩擦力模型有關(guān)任何彈流潤滑切向摩擦力模型均可采用時間相依性解與時間無關(guān)解是時間的函數(shù)運(yùn)動穩(wěn)定性難以分析滾子和保持架的運(yùn)動不穩(wěn)定性可分析滾子與保持架運(yùn)動的不穩(wěn)定全過程計(jì)算時間較少的計(jì)算時間計(jì)算時間相當(dāng)長適用范圍可用于計(jì)算負(fù)荷分布、壽命計(jì)算、軸承剛性等綜合指標(biāo)可用于計(jì)算變化負(fù)荷下的動力不穩(wěn)定性過程不同分析方法的比較關(guān)于擬動力學(xué)分析SKF公司的定義如下: 1.在滾動體運(yùn)動分析中放棄了諸如套圈控制理論,滾動體作等速圓周公轉(zhuǎn)這類運(yùn)動學(xué)約束，在滾動體受力分析時全面考慮包括慣性力在內(nèi)的所有慣性項(xiàng)。 2.仍采用力和力

4、矩平衡的代數(shù)方程組表達(dá)滾動體運(yùn)動方程,并將方程中出現(xiàn)的含有滾動體自轉(zhuǎn)角速度一階導(dǎo)數(shù)近似的表示為滾動體方位角的函數(shù)，這樣,描述滾動體動力學(xué)的方程就不是和時間相關(guān)的運(yùn)動微分方程。OXYZ是軸承的慣性坐標(biāo)系i,O2xyz是固定于內(nèi)圈的坐標(biāo)系r2，Obxyz是固定于滾子的坐標(biāo)系b，Oaxyz是滾子方位坐標(biāo)系a，在受載前，內(nèi)圈坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系重合，固定于滾子的坐標(biāo)系與滾子方位坐標(biāo)系重合。坐標(biāo)系設(shè)定滾動體的5個自由度：內(nèi)套圈的5個自由度：保持架的3個自由度：載荷的4自由度：擬動力學(xué)分析假設(shè)1、滾子與套圈的相互作用滾子與內(nèi)外套圈的接觸力滾子與內(nèi)外套圈的拖動力套圈通過油膜作用于滾子的壓力2、滾子與保持架的相

5、互作用滾子與保持架兜孔的法向作用力滾子與保持架兜孔的切向作用力3、油霧潤滑對滾子的作用油霧對滾子的阻力4、滾子的慣性力和慣性力矩滾動體上的力滾動體上的力滾子與內(nèi)外套圈的接觸力考慮第j個滾子的第k個圓片與外圈、內(nèi)圈間的油膜厚度 ,可以將第j個滾子的第k個圓片與外圈、內(nèi)圈滾道的接觸變形，分別表示為第k個圓片,半徑修正量為w圓片厚度 w=le/nRarc滾子圓弧半徑xk第k個圓片與滾子質(zhì)心的距離油膜厚度由道森-希金森公式求E滾子與套圈的有效彈性模量Rr滾子與套圈在接觸平面上的有效半徑圓柱滾子軸承中滾子與套圈滾道常設(shè)計(jì)成線接觸或修正線接觸,其接觸面為矩形,在距滾子質(zhì)心處的第k個圓片與套圈的滑動速度 ,

6、可由下式得出得到接觸變形后使用線接觸彈性接觸變形的解析公式求得滾子與套圈的接觸力 滾子與內(nèi)外套圈的拖動力滾子與套圈的拖動系數(shù)的計(jì)算公式采用下式,拖動系數(shù)與接觸力的乘積即得到第j個滾子的第k個圓片與外圈、內(nèi)圈的拖動力拖動系數(shù)公式式中：S球的滑滾比系數(shù)A,B,C,D是與潤滑油的粘度、粘溫系數(shù)、粘壓系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)以及密度有關(guān)的表達(dá)式套圈通過油膜作用于滾子的壓力滾子與保持架兜孔的作用力滾子和保持架的相互作用、保持架和引導(dǎo)套圈的相互作用，可建立與滾子和保持架以及保持架和引導(dǎo)套圈的相互作用類似的模型，判定保持架和引導(dǎo)套圈之間的潤滑狀態(tài)是流體動力潤滑或干接觸，再使用相應(yīng)的公式求解,計(jì)算得到滾子與保持架的法

7、向作用力 和切向作用力 。cq保持架和引導(dǎo)套圈的最小間隙 保持架與引導(dǎo)套圈直接接觸,采用赫茲線接觸公式計(jì)算保持架和套圈之間的法向力Flr 和切向摩擦力Flt ; 保持架與引導(dǎo)套圈之間為流體動力潤滑,采用流體動力潤滑公式計(jì)算法向力和摩擦力。潤滑油對滾子的阻力油-氣混合物對滾子的阻力由下式求得油-氣混合物的密度 kg/m阻力系數(shù)滾子的慣性力和慣性力矩根據(jù)以上得到的作用力，考慮滾子轉(zhuǎn)速變化引起的慣性力矩，在滾子的方位坐標(biāo)系中進(jìn)行受力分析，圖給出了第j個滾子所受的力和力矩，作用于滾子的慣性力矩由下式確定 對于平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，認(rèn)為 慣性力由下式確定列出第 j 個滾子的平衡方程組如下接下來工作：一、繼續(xù)搜

8、集整理擬動力學(xué)中受力公式；二、掌握平衡方程的推導(dǎo)及變形；三、學(xué)習(xí)編制FORTRON子程序。Thank You!高速滾子軸承運(yùn)動學(xué)與彈流理論的耦合分析【西北工業(yè)大學(xué).陳國定】 在分析高速滾動軸承打滑損傷的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)研究中,彈流理論一直起著重要的作用,但在大多數(shù)研究中,彈流理論只是以一組經(jīng)驗(yàn)公式的形式來體現(xiàn)的,接觸區(qū)域的油膜壓力分布簡單地按赫茲壓力分布處理,盡管其后又提出有適用范圍更大的經(jīng)驗(yàn)公式,但由于經(jīng)驗(yàn)公式畢竟局限性較大,因而分析結(jié)果不能準(zhǔn)確反映各種工況下軸承的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 不采用經(jīng)驗(yàn)公式的形式而直接采用彈流分析方法計(jì)算軸承運(yùn)動參數(shù).并采用多重網(wǎng)格法以加快彈流計(jì)算中的迭代速度,從而使本文

9、的研究結(jié)果可靠,而且具有實(shí)用價值?？紤]表面粗糙效應(yīng)的高速滾子軸承擬動力學(xué)分析【西北工業(yè)大學(xué).陳國定】將部分彈性流體動力潤滑理論引入高速滾子軸承擬動力學(xué)分析中,形成兩者之間的耦合分析方法, 詳細(xì)分析了高速滾子軸承各運(yùn)行工況參數(shù)和摩擦學(xué)參數(shù)對軸承運(yùn)動性能的影響。表面粗糙度越大, 或油膜越薄, 都會使得保持架轉(zhuǎn)速下降, 因此, 降低軸承元件的粗糙度和改善潤滑條件, 均有助于降低軸承的打滑, 而橫向粗糙紋理表面(=1/ 9) 具有較大的保持架轉(zhuǎn)速, 其原因也是由于存在著許多個“楔形”效應(yīng)而增大了油膜厚度所致。非圓滾道滾子軸承擬動力學(xué)計(jì)算【哈爾濱工業(yè)大學(xué).崔立】滾子軸承外圈為非圓滾道，是解決航空發(fā)動機(jī)滾

10、子軸承高速輕載打滑的有效方法，非圓滾道的形成有兩種,一種是外滾道直接加工形成非圓形；一種是外圈外表面或軸承座內(nèi)表面做成非圓形,靠套圈與軸承座的過盈配合使套圈變形,從而形成非圓滾道。很多航空發(fā)動機(jī)早已采用利用雙凸起非圓滾道實(shí)施預(yù)負(fù)荷,如JT3D、CF-6等,三凸起非圓滾道也已應(yīng)用,如在CF6-80C2、T700等發(fā)動機(jī)上。歪斜狀況下滾子軸承的接觸應(yīng)力求解與分析 【中國機(jī)械工程.陳曉陽】建立了滾子與滾道在歪斜工況下的接觸模型，編程求解了歪斜工況下滾子與滾道的接觸問題，分析歪斜角、外載荷及滾道半徑對滾子與滾道接觸應(yīng)力分布的影響。得到如下結(jié)論：歪斜工況下，滾子與滾道接觸時會出現(xiàn)歪斜效應(yīng)，即滾子與內(nèi)圈接觸時接觸應(yīng)力在接觸副中部增大、兩端減小，滾子與外圈接觸時接觸應(yīng)力在接觸副兩端增大、中部減??；歪斜效應(yīng)隨著歪斜角的增大、外載荷的減小及滾道半徑的減小而逐漸明顯。高速空心滾子軸承的性能研究 【大連交通大學(xué).劉彥奎】空心度是指空心滾子的空心半徑與滾子半徑之比，因而取滾子的空心度為50%80%的軸承為研究對象，并將所得結(jié)果與實(shí)心滾子軸承進(jìn)行對比，從而充分體現(xiàn)空心滾子軸承的優(yōu)越性。高速滾子軸承保持架碰撞模型與動力學(xué)分析 【楊咸啟 劉文秀】由于滾子與保持架兜孔之間是一種半自由接觸狀態(tài),滾子的公轉(zhuǎn)角速度與保持架的角速度不一致這種碰撞有時會推動保持架運(yùn)動,有時會阻礙