[发明专利]一种交叉圆锥滚子轴承静刚度的快速提取方法

权利要求书

1.一种交叉圆锥滚子轴承静刚度的快速提取方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、建立交叉圆锥滚子轴承的力学模型，设置位置角为零度且与其方向相同的滚子为第一列圆锥滚子，与第一列圆锥滚子交叉垂直的滚子为第二列圆锥滚子；

步骤二、将第一列圆锥滚子和第二列圆锥滚子沿其中心线方向切分成n片，得到第一列圆锥滚子每个切片上的法向变形量δ_n1(j)与内圈相对外圈在轴向力F_a作用下产生轴向位移δ_a、在径向力F_r作用下产生径向位移δ_r、在倾覆力矩M作用下产生倾角位移θ的关系式：

其中，d_m1(j)为第一列圆锥滚子每个切片的中心节圆直径，为滚子母线与其中心线的夹角，h为每片圆锥滚子的厚度，l_eff1(j)为第一列滚子每个切片的中心位置；

l_eff1(j)＝0.5h(1+2(j-1))

以及得到第二列圆锥滚子每个切片上的法向变形量δ_n2(j)与内圈相对外圈在轴向力F_a作用下产生轴向位移δ_a、在径向力F_r作用下产生径向位移δ_r、在倾覆力矩M作用下产生倾角位移θ的关系式：

其中，d_m2(j)为第二列圆锥滚子每个切片的中心节圆直径，为滚子母线与其中心线的夹角，h为每片圆锥滚子的厚度，l_eff2(j)为第二列滚子每个切片的中心位置；

l_eff2(j)＝0.5h(1+2(j-1))；

步骤三、根据Hertz线接触理论，由圆锥滚子每个切片上的法向变形量δ_n(j)和圆锥滚子每个切片上法向接触载荷q_i(j)关系式，

K_ne(j)＝6.24×10⁴l_we^0.82D_w(j)^0.11/(k_count*h)^0.18[1+c_i^0.9cos(α_e-α_i)]^-1.11

式中，k_count表示接触的圆锥滚子的片数，δ_n(j)＞0时，表示该片圆锥滚子接触，l_we表示滚子有效接触长度，D_w(j)表示每片圆锥滚子的直径，α_i为圆锥滚子与内圈的接触角，α_f为圆锥滚子端部与外圈的接触角，α_e为圆锥滚子母线与外圈的接触角；得到圆锥滚子的法向接触载荷为所有切片法向接触载荷q_i(j)的和；

根据第一列圆锥滚子的法向接触载荷得到在第一列圆锥滚子位置角处的轴向分力径向分力轴向分力产生的转矩径向分力产生的转矩

其中，l_we表示滚子有效接触长度，D_w(j)表示每片圆锥滚子的直径，l_eff1(j)为第一列滚子每个切片的中心位置；

同理，得到第二列圆锥滚子的法向接触载荷在第二列圆锥滚子位置角处的轴向分力径向分力轴向分力产生的转矩径向分力产生的转矩

其中，l_we表示滚子有效接触长度，D_w(j)表示每片圆锥滚子的直径，l_eff2(j)为第二列滚子每个切片的中心位置；

步骤四、轴承内圈在外部载荷和滚子反作用力下处于平衡状态，根据第一列圆锥滚子位置角处的轴向分力径向分力轴向分力产生的转矩径向分力产生的转矩以及第二列圆锥滚子的法向接触载荷在第二列圆锥滚子位置角处的轴向分力径向分力轴向分力产生的转矩径向分力产生的转矩建立以内圈相对外圈在轴向力F_a作用下产生轴向位移δ_a、在径向力F_r作用下产生径向位移δ_r、在倾覆力矩M作用下产生倾角位移θ为未知数的内圈的三元力学平衡方程，所述的三元力学平衡方程为：

运用Newton-Raphson迭代法求解力学平衡方程得到δ_a、δ_r、θ的值；

步骤五、建立第一列圆锥滚子的刚度矩阵和第二列圆锥滚子的刚度矩阵；

所述的第一列圆锥滚子的刚度矩阵为

所述的第二列圆锥滚子的刚度矩阵为

将内圈相对外圈在轴向力F_a作用下产生轴向位移δ_a、在径向力F_r作用下产生径向位移δ_r、在倾覆力矩M作用下产生倾角位移θ的值代入第一列圆锥滚子的刚度矩阵和第二列圆锥滚子的刚度矩阵，第一列圆锥滚子的刚度矩阵和第二列圆锥滚子的刚度矩阵之和为交叉圆锥滚子轴承静刚度。

2.如权利要求1中所述的一种交叉圆锥滚子轴承静刚度的快速提取方法，其特征在于：所述的位置角为第一列圆锥滚子的个数，z₁＝z/2，z为圆锥滚子轴承所有滚子的个数，为第二列圆锥滚子的个数，z₂＝z/2。