[發明專利]一種考慮芯軸變形影響的組合式軸連軸承載荷分析方法

有效

• 申請號: 201811532215.2
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109580223B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 牛榮軍;汪永剛;汪靜靜;張建虎;鄧四二;張占立;倪艷光;王恒迪
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G01M5/00
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 宋晨煒

1.一種考慮芯軸變形影響的組合式軸連軸承載荷分析方法，所述組合式軸連軸承包括芯軸、外圈和設置在芯軸與外圈之間的m個滾動體列，滾動體為鋼球或滾子，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

步驟1、構建軸連軸承通用靜力學模型；

步驟2、基于軸連軸承通用靜力學模型計算芯軸的變形量；

步驟3、計算各滾動體列與滾道間的接觸變形量，并且基于赫茲接觸理論計算各滾動體列的受載量，得到各滾動體列的載荷方程組；

步驟4、根據各滾動體列的受載量、各滾動體列的靜態參數建立芯軸的靜力平衡方程組；

步驟5、聯立芯軸的靜力平衡方程組和各滾動體列的載荷方程組，利用牛頓-拉夫遜數值分析方法對方程組迭代求解得出各滾動體列位置處的綜合變形量，根據得出的綜合變形量計算軸連軸承內部載荷分布情況；所述步驟1中，構建軸連軸承通用靜力學模型的具體步驟包括：

步驟1.1、將所述滾動體等效為能夠承受軸向載荷、徑向載荷和力矩的彈簧；

步驟1.2、構建(x,y,z)三軸坐標系，三軸坐標系的原點在所述芯軸的軸線上，并且所有的所述滾動體列均位于原點的一側，三軸坐標系的x軸和y軸定義在芯軸的截面上，三軸坐標系的z軸定義為芯軸的軸線，并且z軸的正方向為從原點到滾動體列的方向；

步驟1.3、定義如下參數：

l_j(1≤j≤m)、第j滾動體列中心到原點的軸向距離；

F_jx(1≤j≤m)、第j滾動體列在x軸方向的徑向載荷分量；

F_jy(1≤j≤m)、第j滾動體列在y軸方向的徑向載荷分量；

F_jz(1≤j≤m)、第j滾動體列在z軸方向的軸向載荷；

M_jx(1≤j≤m)、第j滾動體列在x軸方向的力矩分量；

M_jy(1≤j≤m)、第j滾動體列在y軸方向的力矩分量；

a_i(1≤i≤n)、作用在芯軸上的第i個外部載荷到原點的軸向距離；

P_ix(1≤i≤n)、作用在芯軸上的第i個外部載荷在x軸方向的分量；

P_iy(1≤i≤n)、作用在芯軸上的第i個外部載荷在y軸方向的分量；

P_iz(1≤i≤n)、作用在芯軸上的第i個外部載荷在z軸方向的分量；

T_ix(1≤i≤n)、作用在芯軸上的第i個外部載荷在x軸方向的力矩分量；

T_iy(1≤i≤n)、作用在芯軸上的第i個外部載荷在y軸方向的徑向力傾斜彎矩分量。

2.如權利要求1所述的一種考慮芯軸變形影響的組合式軸連軸承載荷分析方法，其特征在于：所述步驟2中的具體方法包括：

步驟2.1、計算芯軸上對應各滾動體列中心截面處的彎矩：

式中，M_x為芯軸任意軸向位置處截面上繞x軸的彎矩，M_y為芯軸任意軸向位置處截面上繞y軸的彎矩，z為芯軸任意軸向位置截面中心到零點的軸向距離；

步驟2.2、利用積分法計算芯軸上對應各滾動體列中心截面處的轉角方程和撓度方程：

式中，EI表示芯軸的抗彎剛度，C_1j～C_4j為積分常數，下標x、y表示沿著x、y方向的轉角或撓度，α_x、α_y、ω_x和ω_y即為芯軸的變形量。

3.如權利要求2所述的一種考慮芯軸變形影響的組合式軸連軸承載荷分析方法，其特征在于：所述步驟3的具體方法包括：

步驟3.1、根據變形協調原則將芯軸在各滾動體列中心截面處的變形轉化為滾動體列的變形，并計算兩個邊界條件：

當z＝l_s(1≤s≤m-1)時，

當z＝l_s+1(1≤s≤m-1)時，

式中，θ和δ分別芯軸在為各列滾動體列中心截面位置處的轉角變形量和位移變形量；

步驟3.2、將第一個邊界條件代入到芯軸的轉角方程和撓度方程中以計算各積分常數：

步驟3.3、將各積分常數和第二個邊界條件代入到轉角方程和撓度方程中，計算芯軸在各滾動體列中心截面處的接觸變形量，接觸變形量包括轉角變形量和位移變形量：

步驟3.4、根據所述步驟3.3計算滾動體列中心截面處的徑向力和力矩：

式中，s表示邊界條件所在滾動體列編號；θ_sx、θ_sy分別為第s列滾動體位置內圈相對外圈繞x軸和y軸的最大角位移量，δ_sx、δ_sy分別為第s列滾動體位置內圈相對外圈沿著x軸和y軸的最大位移量；θ_(s+1)x、θ_(s+1)y分別為第(s+1)列滾動體位置內圈相對外圈繞x軸和y軸的最大角位移量，δ_(s+1)x、δ_(s+1)y分別為第(s+1)列滾動體位置內圈相對外圈沿著x軸和y軸的最大位移量。