[发明专利]一种薄壁柔性支承轴承寿命的计算方法

摘要

一种薄壁柔性支承轴承寿命的计算方法，利用现有的有限元分析软件ANSYS作为平台建立考虑轴孔配合间隙、径向游隙的薄壁滚动轴承接触非线性有限元分析模型，经过计算得出薄壁滚动轴承的寿命。本发明有益效果本发明首次建立了考虑轴孔配合间隙、径向游隙等因素的薄壁滚动轴承接触非线性有限元分析模型，模型充分考虑套圈变形和实际边界条件，分析轴承配合间隙及径向游隙对轴承滚动体负载及寿命的影响规律，解决了非线性收敛问题，使薄壁滚动轴承有限元模型更符合实际情况。

主权项

一种薄壁柔性支撑轴承寿命的计算方法，其特征在于：利用现有的有限元分析软件ANSYS作为平台建立考虑轴孔配合间隙、径向游隙的薄壁滚动轴承接触非线性有限元分析模型，经过计算得出薄壁滚动轴承的寿命，其主要包括以下步骤：步骤一、模型的建立：取整个装配体的1/2建立模型，建成模型后使轴承座和轴承外圈移动一个游隙的距离，使0号滚动体和内、外圈同时接触，消除0号滚动体与内圈和外圈二者之间的游隙；步骤二、划分网格：对步骤(1)建立的薄壁深沟球轴承有限元模型进行划分网格，并对接触区附近进行网格加密，同时对0号滚动体的网格进行加密；步骤三、接触单元设置：0号滚动体和外圈之间的接触状态定义为关闭间隙的摩擦接触，除0号滚动体之外的其余滚动体与轴承外圈之间的接触状态定义为非自动适应的摩擦接触；滚动体和轴承内圈之间的接触状态定义为关闭间隙的摩擦接触；外圈和轴承座之间的接触状态定义为选择非自动适应的摩擦接触；内圈和轴之间的接触状态定义为关闭间隙的摩擦接触；步骤四、施加约束：在模型对称面施加对称约束，空心轴按刚性体处理，对空心轴内圈表面节点耦合Y向自由度后施加径向力；轴承座外圈表面施加固定约束，轴承内、外套圈的轴向方向约束平动自由度；对滚动体中间未加密部分的接触连线上的节点施加柱坐标下的周向约束；步骤五、非线性求解：采用完全牛顿一拉斐逊法进行薄壁轴承非线性方程组求解得到滚动体负荷Qmj，Qmj为第j个钢球与第m个套圈之间的法向接触力，单位为N，j∈[1,Z]，Z为钢球的个数，m＝1或2，下标m＝1指外圈，m＝2指内圈；步骤六：寿命的计算：利用步骤五得到的滚动体负荷Qmj通过公式(1)～(5)计算轴承的疲劳寿命：L10=Lcet3α2α20α2′[1+6.261(α2α20)βfs(λ)]1/β---(1);]]>Lcet=[Σm=12(L10m)β]1/β---(2);]]>L10m=(QcmQem)3---(3);]]>Qem=[1Z(Σj=1ZQmj3)]1/3---(5);]]>其中，Lcet为按Lundberg‑palmgren经典理论确定的寿命，α2为材料浅层强度因子，α20为材料浅层强度因子的基准值，α'2为材料本体强度因子，fs(λ)为与零件表面状态有关的风险因子，β为韦布尔分布的斜率指数，fm为沟曲率半径系数，rm为无量纲几何参数，αm为钢球与滚道的接触角，DW为钢球直径，以mm为单位，m＝1或2，下标m＝1指外圈，m＝2指内圈。