基于显式动力学的深沟球轴承弹性接触动态应力研究_涂文兵
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13 深沟球轴承接触分析13.1 实践任务和目的滚动轴承的刚度、接触应力及寿命是工程应用中关心的热点问题。
滚动轴承接触分析的困难在于滚动体与圈体的接触,滚动体在载荷为0的情况下与圈体接触为一点,随着载荷的增大,点接触变为面接触。
接触区域的位置、大小、形状、接触面压力及摩擦力分布等接触参数在分析前未知,它们随外载荷变,是典型的边界非线性问题。
深沟球轴承结构简单、使用方便,是生产批量最大、应用范围最广的一类轴承。
本实验以618/5深沟球轴承为代表,利用ansys软件的建立深沟球轴承的三维有限元模型。
通过加载边界条件,进行面-面接触分析,得出轴承的接触应力分布。
轴承弹性模量E=210GPa,泊松比0.3,作用在轴承上的力P=3.472Mpa。
13.2 实验环境Ansys14.0及其以上版本软件,win7以上版本操作系统13.3 实践准备接触问题是一种高度非线性行为,需要较大的计算资源,为了进行有效的计算,理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。
接触问题分为两种基本类型:刚体─柔体的接触,柔体─柔体的接触,在刚体─柔体的接触问题中,接触面的一个或多个被当作刚体,(与它接触的变形体相比,有大得多的刚度),一般情况下,一种软材料和一种硬材料接触时,问题可以被假定为刚体─柔体的接触,许多金属成形问题归为此类接触;另一类,柔体─柔体的接触,是一种更普遍的类型,在这种情况下,两个接触体都是变形体(有近似的刚度)。
1)接触分析的基本概念①接触协调因为实际接触体相互不穿透,Ansys在这两个接触面间建立一种关系,防止它们在有限元分析中相互穿过。
将程序防止接触面间相互穿透作用称为强制接触协调。
如果没有强制接触协调,接触面间会发生穿透。
②罚函数法罚函数法用一个接触“弹簧”在两个接触面间建立关系实现接触协调的方法,弹簧刚度称为惩罚参数(也可叫接触刚度)。
当接触面分开时(开状态),弹簧不起作用;当面开始穿透时(闭合),弹簧起作用,弹簧偏移量满足平衡方程:F = k△;式中k是接触刚度,△为穿透量,如图13.1所示。
深沟球和圆柱滚子轴承动力学分析的开题报告一、研究目的深沟球轴承和圆柱滚子轴承是常见的机械传动元件,在各行各业广泛使用。
本次研究旨在分析深沟球轴承和圆柱滚子轴承的动力学特性,探讨其受力情况和运动状态,为进一步优化轴承的设计和性能提供参考,并通过实验验证分析结果的正确性。
二、研究内容1.文献综述:梳理深沟球轴承和圆柱滚子轴承的相关理论、设计方法和研究现状,了解轴承的结构、工作原理和受力情况。
2.轴承动力学分析:建立深沟球轴承和圆柱滚子轴承的受力模型,分析轴承的载荷分布、接触应力、摩擦力等参数,并模拟轴承的运动状态。
3.实验验证:构建实验平台对深沟球轴承和圆柱滚子轴承进行负载测试,测量轴承的载荷、转速、温度等参数,与分析结果进行比对和验证。
4.参数优化:根据分析和实验结果,进一步优化轴承的设计和参数,提高轴承的性能和可靠性。
三、研究意义1.深入了解深沟球轴承和圆柱滚子轴承的动力学特性,为轴承设计和性能优化提供科学依据。
2.理论分析和实验验证相结合,提高研究的可靠性和科学性。
3.优化轴承的设计和参数,降低轴承的故障率,提高机械传动系统的稳定性和可靠性。
四、研究方法1.文献查阅法:通过收集、整理和分析相关文献资料,了解深沟球轴承和圆柱滚子轴承的结构、工作原理和受力情况等方面的信息。
2.理论分析法:基于轴承受力分析的基本原理和公式,建立轴承的受力模型,计算轴承的接触应力、摩擦力等参数,并模拟轴承的运动状态。
3.实验测试法:通过搭建测试平台和测试仪器,对深沟球轴承和圆柱滚子轴承进行负载测试,测量轴承的载荷、转速、温度等参数,验证分析结果的正确性。
五、研究计划1.前期准备(1个月):文献查阅和翻译,了解深沟球轴承和圆柱滚子轴承的相关理论和实验方法。
2.建立受力模型(2个月):基于轴承受力分析的原理和公式,建立深沟球轴承和圆柱滚子轴承的受力模型,并计算轴承的接触应力、摩擦力等参数。
3.制备实验样件(1个月):根据轴承尺寸和设计要求,制备深沟球轴承和圆柱滚子轴承的实验样件。
滚动轴承稳定工况下的滚动体打滑动力学分析涂文兵;何海斌;罗丫;肖乾【摘要】打滑是造成滚动轴承表面擦伤甚至失效的重要原因,目前滚动轴承打滑的研究主要集中在恶劣工况,而对正常稳定工况下滚动体的打滑问题关注甚少.针对正常稳定工况下滚动体的打滑问题,考虑径向游隙、保持架兜孔间隙等非线性因素,基于线性压缩弹簧建立滚动体-保持架作用模型,采用分段线性函数描述摩擦因数与滑移速度的关系,建立滚动体打滑非线性动力学模型,分析滚动体在轴承运转过程中的打滑机理及工况参数对滚动体打滑的影响机理.研究结果表明:滚动体在承载区的前段存在急加速现象,存在相对较严重的打滑;滚动体与外圈的滑动相比内圈更严重;轴承转速的增加会增大承载区前段滚动体的打滑速度;载荷增加会降低滚动体打滑程度,缩小滚动体打滑范围.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2019(038)006【总页数】6页(P94-99)【关键词】滚动轴承;打滑;稳定工况;动力学【作者】涂文兵;何海斌;罗丫;肖乾【作者单位】华东交通大学机电与车辆工程学院,南昌330013;华东交通大学机电与车辆工程学院,南昌330013;华东交通大学机电与车辆工程学院,南昌330013;华东交通大学机电与车辆工程学院,南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TH133.3;TH113滚动轴承是极其重要的机械基础件,其运行状态直接决定了机械装备的可靠性和安全性。
随着工业技术的快速发展,对滚动轴承的性能要求越来越高,然而,滚动轴承一旦出现打滑,磨损加剧,温度剧增,严重影响了滚动轴承的使用性能。
因此,准确揭示滚动轴承打滑机理并预测其打滑行为受到了国内外学者的广泛关注。
Harris等[1-3]采用拟静力学方法建立了高速滚子轴承打滑分析模型,分析高速滚子轴承的整体打滑特性。
王海同等[4-7]对高速球轴承避免打滑所需的临界预负荷进行了研究。
上述拟静力学方法假定滚动轴承内部的运动是稳定的,未考虑滚动轴承运动的时变特征。
点接触弹流润滑条件下的深沟球轴承表面局部缺陷动力学建模剡昌锋;苑浩;王鑫;吴黎晓;韦尧兵【摘要】The traditional bearing dynamics models are mostly based on dry contact mechanics,in which the effect of lubrication on bearing vibration has not been taken into account.The contact stiffness of the bearing will be affected due to the existence of lubricating oil film between the raceway and ball with local defect.Taking into account the relationship among the contact deformation,radial clearance and the defects,a simulation method for local defects was presented. Then,a two degrees of freedom dynamic model of the deep groove ball bearing was constituted with consideration of the nonlinear Hertzian contact deformation and the influence of elasto-hydrodynamic lubrication on the bearing contact stiffness.The model can simulate the actual condition of bearing operation moreparing the signals of vibration responses in the simulation with the experiment data of actual fault bearings,the correctness of the model was verified.It could provide a theoretical foundation for fault diagnosis of bearing.%传统轴承动力学模型多为无润滑干接触状态下建立的接触力学模型,没有考虑润滑对轴承振动的影响。
基于有限元的深沟球轴承应力和刚度研究深沟球轴承是若干滚子被封装在一个圆柱状的外壳中,其中一个力致轴承结构的有效方法。
深沟球轴承的结构是深沟球轴承两侧轴承座被加载,中间的圆行轴被沟槽内的滚子轴承支撑,构成有效的轴承。
深沟球轴承的应力、刚度则关乎轴承的滚动寿命,使用性能与失效。
由于圆柱滚子轴承的典型受力情况,其应力与刚度的计算复杂,对传统理论分析具有挑战性,因此利用有限元分析成为研究理论上的捷径。
有限元分析是一种数值分析方法,可以将大尺寸物体表现为由大量离散小元素组成的离散模型,即建立有限元模型来研究圆柱滚子轴承的应力分布,计算轴承的应力、刚度值,以深入了解深沟球轴承的特性。
首先,通过建立深沟球轴承有限元模型,描述不同受力状态下所构成的节点与单元,构建滚动复杂受力系统,计算每个节点和单元中的应力和位移,有助于理解轴承受力情况。
在选取有限元模型时,采取两种形式的有限元元模型:节点和单元。
节点模型可充分反映轴承的变形结构,同时可以直接计算结构受力状况,而单元模型则可以更准确地描述轴承结构。
其次,利用有限元分析方法,分析深沟球轴承中滚子与固定体结构之间的接触情况,建立相应的应力模型,以及求解应力均匀分布的结构效应,以计算深沟球轴承的滚动刚度与应力。
最后,通过有限元分析结果,分析深沟球轴承应力、刚度的时空分布特性及影响因素,研究各参数的关系,为深沟球轴承的结构优化、选型提供参考和指导。
总之,有限元分析方法可以精确地表征深沟球轴承结构的变形和受力情况,并计算应力和刚度,有助于理论上深入分析深沟球轴承的结构特性及其变形特性,为进一步深入研究轴承结构提供理论依据,进而指导深沟球轴承的设计和分析工作。
波纹度波数对深沟球轴承振动特性的影响余光伟,方党生,蔡翔宇,周璐(上海大学 机电工程与自动化学院,上海 200444)摘要:建立了三自由度轴承动力学模型和波纹度模型,以6201深沟球轴承为研究对象,基于定步长四阶龙格-库塔法得到轴承振动频率和振动加速度,分别通过与文献和试验结果的对比,验证了模型的正确性。
并分析了内外圈波纹度波数对轴承加速度峰峰值和有效值的影响,结果表明:轴承振动加速度响应的峰峰值和有效值随内外圈波纹度波数增大而增大,波纹度波数为球数整数倍时,峰峰值和有效值的变化曲线会出现局部峰值;内外圈波纹度波数为奇数时比偶数时轴承的振动响应更明显;轴承振动加速度响应的峰峰值和有效值随外圈波纹度波数变化略大于随内圈波纹度波数变化。
关键词:滚动轴承;深沟球轴承;表面波纹度;波数;振动加速度中图分类号:TH133.33+1;TH124 文献标志码:B DOI:10.19533/j.issn1000-3762.2021.04.004InfluenceofWavinessWaveNumberonVibrationCharacteristicsofDeepGrooveBallBearingYUGuangwei,FANGDangsheng,CAIXiangyu,ZHOULu(SchoolofMechatronicEngineeringandAutomation,ShanghaiUniversity,Shanghai200444,China)Abstract:Athree-degree-of-freedombearingdynamicmodelandawavinessmodelareestablished.Takinga6201deepgrooveballbearingastheresearchobject,thevibrationfrequencyandvibrationaccelerationofbearingsareob tainedbasedonfixed-stepfourth-orderRunge-Kuttamethod,indicatingthecorrectnessofthemodelrespectivelythroughcomparisonbetweenliteratureandtestresults.Theinfluenceofwavinesswavenumberofinnerandouterringsonpeak-to-peakvalueandeffectivevalueofbearingaccelerationisanalyzed.Theresultsshowthat:thepeak-to-peakvalueandeffectivevalueofbearingvibrationaccelerationresponseincreasewiththeincreaseofwavinesswavenumberofinnerandouterrings,whenthewavinesswavenumberisanintegermultipleofballnumber,andthevaria tioncurveofpeak-to-peakvalueandeffectivevaluehavealocalpeakvalue;thevibrationresponseofthebearingismoreobviouswhenthewavinesswavenumberofinnerandouterringsisoddthanthatwhenthewavenumberiseven;thepeak-to-peakvalueandeffectivevalueofbearingvibrationaccelerationresponsevaryslightlywithwavinesswavenumberofouterringthanwithwavinesswavenumberofinnerring.Keywords:rollingbearing;deepgrooveballbearing;surfacewaviness;wavenumber;vibrationacceleration 球轴承结构简单,但其振动是一个复杂的问题。
挖掘装载机装载工作装置动力分析、动态应力仿真研究及动臂结构拓扑优化一、本文概述本文旨在深入研究挖掘装载机装载工作装置的动力学特性,通过动态应力仿真分析,揭示装载工作装置在作业过程中的应力分布与变化规律,并在此基础上,对动臂结构进行拓扑优化,以提升其结构性能和使用寿命。
研究过程中,将结合理论分析、仿真模拟和实验验证等多种手段,构建全面、精确的动力学模型,并对模型的有效性进行验证。
本文的研究成果将为挖掘装载机的设计与优化提供重要的理论依据和技术支持,有助于提高装载机的作业效率和安全性能,促进挖掘机行业的持续发展。
在文章的结构安排上,首先将对挖掘装载机装载工作装置的动力学特性进行概述,为后续研究奠定基础。
接着,将详细介绍动态应力仿真分析的方法与过程,包括模型的建立、边界条件的设定、仿真结果的分析等。
在此基础上,将探讨动臂结构的拓扑优化方法,包括拓扑优化理论、优化模型的构建以及优化结果的评价等。
将通过实验验证仿真分析的有效性和拓扑优化的可行性,进一步说明研究成果的实用价值和应用前景。
本文将全面深入地挖掘装载机装载工作装置的动力学特性和动态应力变化规律,通过对动臂结构的拓扑优化,为挖掘装载机的设计与优化提供有力支持,推动挖掘机行业的技术进步和创新发展。
二、挖掘装载机装载工作装置动力分析挖掘装载机作为工程机械的重要组成部分,其装载工作装置的动力性能直接决定了机器的作业效率和稳定性。
因此,对挖掘装载机装载工作装置进行动力分析具有重要意义。
动力分析的主要目的是揭示装载工作装置在作业过程中的动力学特性,包括动态响应、振动特性以及能量传递等。
通过动力分析,可以深入了解装载工作装置在不同工况下的受力状态和运动规律,为后续的动态应力仿真研究和结构优化提供理论支持。
在动力分析过程中,通常采用多体动力学仿真软件建立装载工作装置的三维模型,并设置相应的约束条件和驱动函数。
通过仿真计算,可以模拟装载工作装置在实际作业过程中的动态行为,获得关键部件的动态位移、速度和加速度等动力学参数。
转速波动工况滚动轴承打滑动力学特性分析涂文兵;杨锦雯;罗丫;王朝兵;张龙【摘要】滚动轴承实际运转过程中经常存在的转速波动现象,对滚动轴承的运行状态产生重要影响.基于Hertz接触理论和变形-位移相容条件建立滚动体与套圈的相互作用模型,采用非线性弹簧模拟滚动体与保持架间的相互作用,建立了转速波动工况下滚动轴承打滑动力学模型.通过与实验测试结果的对比,验证了所提出的动力学模型的正确性,并在此基础上分析了转速波动对滚动轴承打滑的影响及不同转速波动幅值、频率下滚动轴承的打滑特性.结果表明:轴承转速波动会造成保持架转速出现波动,导致轴承出现打滑,且滑动主要出现在滚动体与内圈之间;转速波动幅值对轴承打滑影响较大而频率影响较小.【期刊名称】《振动、测试与诊断》【年(卷),期】2018(038)006【总页数】6页(P1193-1198)【关键词】滚动轴承;转速波动;动力学;打滑【作者】涂文兵;杨锦雯;罗丫;王朝兵;张龙【作者单位】华东交通大学机电与车辆工程学院南昌,330013;华东交通大学机电与车辆工程学院南昌,330013;华东交通大学机电与车辆工程学院南昌,330013;华东交通大学机电与车辆工程学院南昌,330013;华东交通大学机电与车辆工程学院南昌,330013【正文语种】中文【中图分类】TH133.3;TH113引言滚动轴承的运行状态直接影响整机的工作性能,而且还常常作为诱因导致其他部件失效。
随着工业技术的高速发展,滚动轴承的运行状况会随着机械设备的高速化、大型化和复杂化趋势变得愈发恶劣,滚动轴承的寿命和可靠性问题得到了行业的高度关注。
打滑是滚动轴承工作过程中客观存在的一种破坏性现象,严重影响了滚动轴承的性能和寿命,如何降低或避免打滑是轴承行业面临的一个关键问题,得到了学者们的广泛关注。
Harris[1]提出了一种预测高速滚动轴承打滑的理论模型,能够很好地模拟高速滚动轴承的打滑情况。
金海善等[2]提出一种改进的牛顿-拉夫逊法对Harris模型进行求解,无需对模型进行简化即可求得方程组的收敛解。