[发明专利]结合轴承动力学和FEM的滚针轴承保持架寿命计算方法

权利要求书

1.结合轴承动力学和FEM的滚针轴承保持架寿命计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、先通过计算获取保持架与滚针轴承各零部件之间的相互作用力，并计算出力矩；

步骤二、建立保持架的非线性动力学平衡方程；

步骤三、构建保持架的动力学仿真模型，根据动力学模型提取确定保持架的FEM应力分析边界条件；

步骤四、基于FEM方法建立的保持架的有限元模型，进行保持架的应力应变特性分析；

步骤五、基于S-N方法对保持架的寿命进行计算。

2.根据权利要求1所述的结合轴承动力学和FEM的滚针轴承保持架寿命计算方法，其特征在于：步骤一中，具体步骤如下：

(1)、获取滚针与保持架兜孔横梁的流体动压力和由接触变形引起的弹性碰撞力；

(2)、获取保持架基于自转和绕太阳轮公转产生的离心惯性力；

(3)、获取引导套圈对保持架的作用力；

(4)、获取保持架非引导表面的阻滞力矩。

3.根据权利要求2所述的结合轴承动力学和FEM的滚针轴承保持架寿命计算方法，其特征在于：步骤(1)中，为考虑滚针歪斜作用，第j个滚针的第k个切片的几何中心在兜孔坐标系下的位移z_cjk为：

式中，β_j为滚针歪斜角，Δz_cj为滚针几何中心在兜孔坐标系下的位移；L_s为滚针有效长度；w为每个切片宽度，j＝1,2,...,NP；

则第j个滚针第k个切片与保持架兜孔间作用力q_cjk为：

式中，K_c为试验确定的线性逼近常量，对于滚针轴承K_c＝67/C_p；C_p为保持架兜孔间隙，C_p＝0.5(D_p-D_w)；D_p为兜孔直径；

第j个滚针的第k片与保持架间作用力q_cjk的方向根据z_cjk判定，当z_cjk≥0时，滚针受到保持架的推力，当z_cjk＜0，滚针受到保持架的阻力；

滚针与保持架兜孔间作用力Q_cj和恢复力矩M_cj分别为：

滚针与保持架兜孔的切向摩擦力F_cage为

式中，μ_cjk为滚针与保持架兜孔间摩擦系数；

步骤(2)中，考虑保持架基于自转和绕太阳轮公转产生的离心惯性力；保持架所受离心惯性力为：

式中，F_c为自转离心力；为公转离心力；m_c为自转对应的质量；m_g为公转对应的质量；ω_c为自转角速度；ω_g为公转角速度；r为保持架半径；l为行星臂长度。

步骤(3)中，考虑引导套圈对保持架的作用力，保持架受到引导套圈的作用力为：

式中，F′_cy，F′_cz，M′_cx分别为保持作用力和力矩的分量；e为保持架偏心量，R为引导面半径；B为引导面宽度；C_g为引导面间隙；ε＝e/C_g；r_c为保持架的质心偏移量；ω_i为引导套圈转速；ω_c为保持架转速；η₀为油膜动力粘度。

步骤(4)中，考虑保持架非引导表面的阻滞力矩，保持架外圆柱表面的阻滞力矩表示为：

T_CDO＝τ_WAr_cage (8)

式中，T_CDO为作用在保持架外圆柱面上的阻滞力矩；τ_W为外圆柱面上的剪切应力；A为保持架外圆柱面的表面积；r_cage为保持架非引导面半径；

高速旋转的保持架受到油气的作用而产生的表面剪应力为：

式中，f为摩擦系数；u为油气混合物的平均质量速度，ρ为油气混合物密度；

油气混合物的有效密度表示为：

式中，ρ_eff为油/空气混合物的有效密度；DEFUL为油的体积占轴承总空间体积的比例。