[發明專利]基于載荷分布和疲勞壽命的空心圓柱滾子軸承參數優化方法

有效

• 申請號: 201710816000.2
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107688716B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 劉彥奎;關天民;張生芳;沙智華
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/04
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;涂文詩

1.一種基于載荷分布和疲勞壽命的空心圓柱滾子軸承參數優化方法,其特征在于：包括以下步驟：

S1：根據工況要求獲取軸承的工作載荷和預期疲勞壽命，進而初步確定空心圓柱滾子軸承的內外圈尺寸、滾動體數目、滾動體空心度及軸承徑向游隙的設計參數信息；

S2：計算空心圓柱滾子軸承的載荷分布：

S21：根據滾子的接觸變形理論提出空心度與空心圓柱滾子接觸變形量δ_c的關系；所述空心度h_r與空心圓柱滾子接觸變形量δ_c的關系為：

δ_c＝f(λ,q,r,h_r) (1)

式中，λ＝2(1-μ²)/πE，μ和E分別為滾子材料的泊松比和彈性模量，q為作用在空心圓柱滾子上的線載荷，r為空心圓柱滾子的外圓半徑，h_r為空心圓柱滾子的空心度，h_r＝r_i/r，r_i為空心圓柱滾子的內孔圓半徑；

S22：建立空心圓柱滾子接觸變形量的有限元模型，采用有限元分析軟件對空心圓柱滾子的接觸變形量進行物理仿真，驗證滾子的空心度h_r與空心圓柱滾子的接觸變形量的關系；

S23：結合滾子的接觸變形理論，計算空心圓柱滾子接觸變形量δ_c；空心圓柱滾子接觸變形量δ_c采用如下方式計算：

式中，系數k的大小根據有限元計算結果進行確定；

S24：計算空心圓柱滾子的彎曲變形量δ_b，根據空心圓柱滾子的接觸變形量δ_c和空心圓柱滾子的彎曲變形量δ_b計算空心圓柱滾子的彈性趨近量δ_hr；

S25：建立套圈的載荷變形關系式和空心圓柱滾子與套圈接觸的載荷變形擬合公式；

S26：建立空心圓柱滾子軸承的徑向載荷平衡方程和載荷平衡方程，計算空心圓柱滾子軸承所承受的徑向載荷從而獲得空心圓柱滾子軸承的各位置角處滾動體與套圈的接觸載荷；

S27：計算套圈的額定滾動體載荷、套圈的當量滾動體載荷和軸承的疲勞壽命；

S3：將通過S1和S2計算出的空心圓柱滾子軸承的疲勞壽命與預期疲勞壽命進行對比分析，對疲勞壽命小于預期值的軸承進行參數優化。

2.根據權利要求1所述的基于載荷分布和疲勞壽命的空心圓柱滾子軸承參數優化方法，其特征還在于：

所述空心圓柱滾子彎曲變形量δ_b采用如下方式計算：

式中，q為線載荷，E為空心圓柱滾子材料的彈性模量，h_r為空心圓柱滾子的空心度，h_r＝r_i/r，r為空心圓柱滾子的外圓半徑，r_i為空心圓柱滾子的內孔半徑，待定系數k₁、k₂、k₃、m及n的大小，需要根據有限元計算結果進行確定。

3.根據權利要求2所述的基于載荷分布和疲勞壽命的空心圓柱滾子軸承參數優化方法，其特征還在于：

空心圓柱滾子的彈性趨近量δ_hr采用如下方式：

4.根據權利要求3所述的基于載荷分布和疲勞壽命的空心圓柱滾子軸承參數優化方法，其特征還在于：

所述套圈的載荷變形關系式采用如下方式計算：

空心圓柱滾子軸承的載荷變形公式為

δ_h＝δ_hr+2δ_f＝δ_c+δ_b+2δ_f (6)

將該公式進行擬合獲得空心圓柱滾子與套圈的載荷變形公式為：

式中，Q為滾動體載荷，K_h為空心圓柱滾子與套圈的接觸剛度系數，α為接觸變形量指數，(7)式參數K_h和α需要通過對(6)式進行數據擬合獲得。