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专利号: 2017108159895
申请人: 大连交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高速空心圆柱滚子轴承的参数优化方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:根据工况要求,获取轴承的工作载荷、工作转速和预期疲劳寿命,进而初步确定空心圆柱滚子轴承的内外圈尺寸、滚动体数目、滚动体空心度及轴承径向游隙等设计参数;

S2:计算高速空心圆柱滚子轴承的载荷分布和疲劳寿命:S21:基于空心度计算空心圆柱滚子接触变形量δc;

S22:建立空心圆柱滚子接触变形量的有限元模型,采用有限元分析软件对空心圆柱滚子的接触变形量进行物理仿真,验证滚子的空心度hr与空心圆柱滚子的接触变形量的关系;

S23:结合滚子的接触变形理论,计算空心圆柱滚子接触变形量δc;

S24:计算空心圆柱滚子弯曲变形量δb;

S25:根据空心圆柱滚子的接触变形量δc和空心圆柱滚子的弯曲变形量δb计算空心圆柱滚子的弹性趋近量δhr;

S26:计算套圈的载荷变形δf和该空心圆柱滚子与套圈之间总的载荷变形δh,对载荷变形δh采用数据拟合的方式获得空心圆柱滚子与套圈的接触刚度系数Kh和接触变形量α;

S27:在考虑空心圆柱滚子离心力的基础上,建立了任意滚动体的受力平衡方程和轴承内圈的受力平衡方程;

S28:根据变形协调条件,求解由任意滚动体的受力平衡方程和轴承内圈的受力平衡方程组成的方程组,获得任意滚动体与套圈的接触载荷;

S29:计算套圈的额定滚动体载荷、套圈的当量滚动体载荷和轴承的疲劳寿命;

S3:将通过S1和S2计算出的空心圆柱滚子轴承的疲劳寿命与预期疲劳寿命进行对比分析,对疲劳寿命小于预期值的轴承进行参数优化。

2.根据权利要求1所述的高速空心圆柱滚子轴承的参数优化方法,其特征还在于:所述空心度hr与空心圆柱滚子接触变形量δc的关系为δc=f(λ,q,r,hr)    (1)

式中,λ=2(1-μ2)/πE,μ和E分别为滚子材料的泊松比和弹性模量,q为作用在空心圆柱滚子上的线载荷,r为空心圆柱滚子的外圆半径,hr为空心圆柱滚子的空心度,hr=ri/r,ri为空心圆柱滚子的内孔圆半径。

3.根据权利要求2所述的高速空心圆柱滚子轴承的参数优化方法,其特征还在于:空心圆柱滚子接触变形量δc采用如下方式计算:式中,系数k的大小根据有限元计算结果进行确定。

4.根据权利要求3所述的高速空心圆柱滚子轴承的参数优化方法,其特征还在于:所述空心圆柱滚子弯曲变形量δb采用如下方式计算:式中,q为线载荷,E为空心圆柱滚子材料的弹性模量,hr为空心圆柱滚子的空心度,hr=ri/r,r为空心圆柱滚子的外圆半径,ri为空心圆柱滚子的内孔半径,待定系数k1、k2、k3、m及n的大小,需要根据有限元计算结果进行确定。

5.根据权利要求4所述的高速空心圆柱滚子轴承的参数优化方法,其特征还在于:所述S25空心圆柱滚子的弹性趋近量δhr采用如下方式:

6.根据权利要求5所述的高速空心圆柱滚子轴承的参数优化方法,其特征还在于:计算套圈的载荷变形和该空心圆柱滚子的载荷变形δh,对载荷变形δh采用数据拟合的方式获得空心圆柱滚子与套圈的载荷变形套圈的载荷变形δf采用如下方式计算:

空心圆柱滚子的载荷变形δh采用如下方式计算:

δh=δc+δb+2δf   (6)

对上述δh的表达式,采用数据拟合的方式,获得空心圆柱滚子与套圈的载荷变形公式为:式中,Q为滚动体载荷,Kh为空心圆柱滚子与套圈的接触刚度系数,α为接触变形量指数,(7)式参数Kh和α需要通过对(6)式进行数据拟合获得。

7.根据权利要求6所述的高速空心圆柱滚子轴承的参数优化方法,其特征还在于:在考虑空心圆柱滚子离心力的情况下任意滚动体的受力平衡方程和轴承内圈的受力平衡方程采用如下方式建立:设承受径向载荷的高速圆柱滚子轴承的滚子受载情况,则角位置 处的滚子的受力平衡方程为:Qoj-Qij-Fc=0   (8)

上式中,Qoj表示第j个滚子与外圈的作用载荷,Qij表示第j个滚子与内圈的作用载荷;空心滚子的离心力采用如下方式计算:将式(7)代入式(8)可得:

式中,δoj为第j个空心滚子与外圈的总接触变形量,δij为第j个空心滚子与内圈的总接触变形量,Ko为空心滚子与外圈的接触刚度,Ki是空心滚子与内圈的接触刚度,对于钢制轴承有:Ko=Ki=2αKh   (11)

若第j个滚子与内外圈接触的总变形量为δj,则有:则由式(10)~(12)可得空心圆柱滚子轴承中,任意滚动体与外圈的受力平衡方程为:同理,得到空心圆柱滚子轴承的内圈受力平衡方程为:由于式(13)和式(14)构成的非线性方程组中,共有(Z+1)个方程,含有(Z+1)个未知量,求出δr和δij后,采用下式求解任一滚动体与内外圈的接触载荷:Qoj=Qij+Fc   (16)

从而获得各滚动体与套圈的接触载荷。