[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

说明书

本发明公开一种结合轴承动力学和FEM的滚针轴承保持架寿命计算方法，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。本发明根据有限元分析中所获得的应力应变结果结合材料的疲劳寿命性能曲线，应用疲劳理论计算出保持架的疲劳寿命，可用于指导轴承的可靠性设计和实际应用选型。

技术领域

本发明属于轴承可靠性设计技术领域，具体涉及一种结合轴承动力学和FEM的滚针轴承保持架寿命计算方法。

背景技术

保持架作为轴承四大件之一，其主要用以隔离滚动体、引导滚动体并将其保持在轴承内。保持架在实际运行中，力载特性复杂，其受到与滚动体的碰撞力、离心力、引导套圈的作用力等。目前，由于保持架寿命影响因素的复杂性，滚动轴承寿命计算标准中还没有考虑保持架对轴承整体寿命的影响，缺乏保持架的有效寿命计算方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提出了一种结合轴承动力学和FEM的滚针轴承保持架寿命计算方法，为准确预测该类轴承的保持架疲劳寿命提供了理论依据，可用于指导轴承的可靠性设计和实际应用选型。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：结合轴承动力学和FEM的滚针轴承保持架寿命计算方法，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。

优选地，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。

优选地，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