弹性支撑滚动轴承有限元仿真技术研究

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弹性支撑下的滚动轴承指的是支撑结构为弹性支撑的滚动轴承,如薄壁轴承、鼠笼轴承、带法兰轮毂轴承和法兰弹支转盘轴承。弹性支撑的刚性小,在载荷作用下支撑结构的变形对滚动轴承的内部载荷分布和力学性能产生影响,从而直接影响轴承的刚度、振动和寿命等性能。因此,在对弹性支撑下的滚动轴承进行分析时,不能认为轴承只在滚动体与滚道接触处有局部的弹性变形,轴承套圈不发生变形,非接触部分都是刚体。应该考虑轴承套圈及其支撑结构的不均匀变形对轴承性能的影响,即不能基于刚性套圈假设,要考虑弹性支撑及套圈变形的影响。  采用有限元方法对滚动轴承进行分析时,因其接触是一种高度的非线性行为,不易收敛且浪费大量的计算机资源,需采取有效方法对接触区域进行模拟简化,以提高计算效率、节约资源。本文提出基于赫兹接触理论的有限元简化方法,对局部的接触区域进行刚性耦合,用非线性弹簧模拟滚动体与内外圈滚道的接触行为,外圈接触区域与外沟道曲率中心刚性耦合起来,内圈接触区域与内沟道曲率中心刚性耦合起来。内、外沟道曲率中心与滚动体几何中心用弹簧连接起来。对接触区域等效简化后,用有限元方法进行建模和计算,通过提取内外沟道曲率中心节点、滚动体几何中心节点的位移量,计算出弹性变形量,根据赫兹接触理论计算法向接触载荷、接触压力等性能。  基于赫兹接触理论的有限元简化方法,以弹支鼠笼轴承和法兰弹支转盘轴承为研究对象,用ANSYS APDL参数化编程,分析弹支鼠笼轴承和法兰弹支转盘轴承的力学性能,并分析轴承参数的改变对轴承力学性能的影响,为弹性支撑下滚动轴承的优化设计提供依据,最后通过轴承刚性比对试验验证提出方法的有效性和正确性。
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