[发明专利]考虑振动影响的定压预紧角接触轴承刚度数值校正方法

说明书

一种考虑振动影响的定压预紧角接触轴承刚度数值校正方法,包括以下步骤：1、构建转子系统有限元模型；2、构建角接触轴承简化模型；3、求解轴承载荷‑刚度曲线，为刚度赋初值；4、对包含轴承等效弹簧模型的转子系统开展模态振型试算；5、开展考虑振动载荷的轴承刚度迭代校正。利用ANSYS软件中的Matrix27构造二维等效弹簧模型，在保证计算精度的前提下降低了开展转子系统整体数值模拟的计算量。在对弹簧刚度进行校正时，结合目标结构的振型特点，较为全面地考虑了影响轴承刚度的主要因素，并重点考察了稳态振动和预紧力对轴承刚度的影响。可有效连通宏观转子系统与微观轴承力学分析的模型，在实际工作中则有大量运用需求。

技术领域

本发明属于转子结构的振动可靠性技术领域，具体为一种定压预紧条件下可考虑振动载荷作用的角接触轴承刚度迭代校正方法。

背景技术

共振引发的结构破坏是在转子结构的常见故障，避免其在实际工况下发生共振是开展转子结构设计时的重要关注点。而角接触轴承作为一种常用的转子结构与承力框架连接件，不仅对转子系统整体的共振频率有重要影响，其在共振条件下的受力状况也应得到重点关注。

当转子系统发生共振时，作为转子和静子连接件的轴承会发生受载变化，滚动体与滚道的接触状态随之改变，使得轴承刚度发生变化，进而引起转子系统的共振频率漂移。通常情况下，由于实际转子系统构型复杂，轴承在系统发生共振时的工作状态无法通过试验直接测得，只能依靠数值仿真技术。而从多数的仿真实践看，转子结构与轴承的连接位置通常会被设定为固定连接。这种设定方式在开展结构静力分析时可行，但在模态分析时，由于改变了原系统的轴向刚度，会给计算结果带来较大的精度偏差。有众多研究人员以轴承为对象开展过大量专题研究，提出了考虑滚动体与滚道接触作用的力学分析模型，提高了仿真精度，但又使轴承局部模型过于复杂，计算量大幅提升，导致针对复杂转子系统整体的动力学仿真难以开展。因此到目前为止，一种既可考虑整机振动对轴承工作状态的影响、给出满足整机模态分析结果精度，又可对复杂转子系统进行整机动力分析的轴承数值仿真模型还尚未给出，而这种可有效连通宏观转子系统与微观轴承力学分析的模型在实际工作中则有大量需求。

本发明给出了角接触轴承的等效弹簧模型及一种考虑振动载荷作用的刚度迭代校正方法。利用ANSYS软件中提供的Matrix27构造二维等效弹簧模型，在保证计算精度的前提下大大降低了数值模拟的计算量。另外，在对弹簧刚度进行校正时，本发明结合目标结构的振型特点，较为全面地考虑了影响轴承刚度的主要因素，并重点考察了稳态振动和预紧力对轴承刚度的影响。已有研究表明，通过刚度迭代校正，结构的模态频率更接近试验结果，这也表明轴承的受力更接近振动过程中的真实情况。

发明内容

本发明以角接触轴承为对象(具体以7000C型角接触轴承为例)，给出了既满足整机模态分析精度需求，又可分析轴承共振时受力情况的角接触轴承刚度校正方法。由于转子结构的伞形振动和节径振动模态频率值通常较低，低频激振力即可激起共振，本发明也分别以振动转动体节圆和节径两种振型为例，给出了轴承刚度分析的具体流程。

以下结合算例给出实施的具体步骤：

步骤1：构建转子系统有限元模型

针对给定的实体模型在CAE前处理软件中建立目标转子系统的有限元模型，然后将建立的有限元模型导入到有限元软件ANSYS中，定义相应的材料参数，给定转速以及位移约束条件。

步骤2：构建角接触轴承简化模型

(1)选择弹簧单元