CN104794257A - 一种新型的球轴承沟曲率系数设计方法 - Google Patents

一种新型的球轴承沟曲率系数设计方法 Download PDF

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贾贵西
常家东
孙小捞
李红涛
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Abstract

本发明是有关于一种新型的球轴承沟曲率系数设计方法，其包括以下步骤：(a)根据工作环境，用UG NX三维软件建立三维模型；(b)加载工况条件，进行动力学仿真分析，测出滚动球轴承负荷；(c)用UG NX三维软件建立滚动球轴承的三维仿真模型；并取其四分之一作为有限元仿真模型；(d)划分网格；(e)边界加载方式及约束条件；(f)接触设置；(g)设置求解方案设置；(h)分析仿真结果，保证球轴承内圈和外圈的应变一致，同时进行结构优化。本发明提供的技术方案可有效地保证轴承内、外套圈变形一致，最大程度减小其结构参数偏离理想位置，保证性能寿命的可靠性，同时也实现了轴承零件的等寿命设计。

Description

一种新型的球轴承沟曲率系数设计方法
技术领域
本发明涉及一种轴承设计技术领域，特别是涉及一种新型的基于UG NX等应变的球轴承沟曲率系数设计方法。
背景技术
由于滚动轴承是一个高技术含量的精密机械产品，轴承结构参数微小变化都会对其使用性能发生很大的变化，特别是对于精密轴承、高速轴承等。球轴承的沟曲率系数是在设计球轴承时必须重点考虑的最关键参数之一。
根据现有滚动球轴承的应用现状，存在一系列需要改进方面，比如速度性能、温升性能、振动性能等，轴承性能的好坏与其结构参数及其材料有密不可分关系。沟曲率系数的球轴承的关键参数之一，传统的设计方法一般是根据赫兹接触理论，对内圈和外圈实现等应力来设计其沟曲率系数的。这种设计方法，存在一些缺陷：首先，赫兹接触理论是在大量实验基础上总结出来的，是通用的一般理论，其计算公式对特定工况条件的轴承并不准确、其计算的应力也不是最大接触应力；其二，轴承的内、外圈变形是非线性的、且轴承的内、外圈的厚度并不一样，因此，即使实现等应力设计，也不能保证内、外圈的结构参数偏离理想结构是一样的；其三，原有的设计方法，并不能保证轴承的内、外圈真正的等寿命设计，一般使用过程中往往是某一个套圈先失效。为此，本发明将应用UG NX有限元仿真技术，对球轴承的关键参数“沟曲率系数”是实现等应变设计。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的沟曲率系数设计方法存在的缺陷，而提供一种新型的球轴承沟曲率系数设计方法，所要解决的技术问题是使其保证轴承结构参数变化一致，保证轴承的使用性能，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种新型的球轴承沟曲率系数设计方法，其包括以下步骤：(a)根据特定滚动球轴承使用的工作环境，用UG NX三维软件建立各零件三维模型，并按工况条件进行装配；(b)加载工况条件，如工作转速、负荷，用UG NX动力学仿真软件进行动力学仿真分析，测出滚动球轴承负荷；(c)用UG NX三维软件建立滚动球轴承的三维仿真模型；并取其四分之一作为有限元仿真模型；(d)划分网格：选用10节点四面体单元，并对承受载荷最大的钢球和与之接触的内圈、外圈处进行局部分割及网格细化；(e)边界加载方式及约束条件；(f)接触设置：采用曲面与曲面的接触方式，在滚动体的网格以及滚道面的网格之间创建连接，取滚动体的表面为源面，套圈的沟道面为目标面，建立接触对，同时考虑到为模拟保持架而设置的静摩擦系数较大为0.35；(g)设置求解方案设置：在应用UG NX有限元软件对球轴承进行仿真分析时，求解方案主要进行设置；(h)分析仿真结果，保证球轴承内圈和外圈的应变一致，同时进行结构优化。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的新型的球轴承沟曲率系数设计方法，其中步骤(e)所述的边界加载方式及约束条件的具体过程为：(e1)加载轴承的工况条件：如外圈固定，内圈负荷；(e2)加载分析模型约束条件：剖面处施加对称约束；(e3)约束滚动体与内、外圈接触点周向和轴向的位移。
前述的新型的球轴承沟曲率系数设计方法，其中步骤(g)所述的设置求解方案设置的具体过程为：(g1)采用非线性求解方案及非线性解算器；(g2)求解参数设置：设置自动增量、最大收敛迭代次数、线搜索、收敛公差；(g3)接触状态从初始开始，初始穿透设为零；(g4)设置最大作业时间；(g5)设置输出参数为应变。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点和有益效果：
与现有技术的设计球轴承相比，本发明的球轴承沟曲率等应变设计，可保证轴承结构参数变化一致，保证轴承的使用性能。
本发明是根据滚动球轴承的工作性能特点，借助有限元仿真技术，给出球轴承的沟曲率系数设计的一种新方法，即“基于UG NX等应变的球轴承沟曲率系数设计”。此种设计方法可以保证轴承内、外套圈变形一致，最大程度减小其结构参数偏离理想位置，保证性能寿命的可靠性，同时也实现了轴承零件的等寿命设计。
附图说明
无
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种新型的球轴承沟曲率系数设计方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
(a)根据特定滚动球轴承使用的工作环境，用UG NX三维软件建立各零件三维模型，并按工况条件进行装配。
(b)加载工况条件，如工作转速、负荷等，用UG NX动力学仿真软件进行动力学仿真分析，测出滚动球轴承负荷。
(c)用UG NX三维软件建立滚动球轴承的三维仿真模型；并取其四分之一作为有限元仿真模型。
(d)划分网格：选用10节点四面体单元，并对承受载荷最大的钢球和与之接触的内圈、外圈处进行局部分割及网格细化。
(e)边界加载方式及约束条件。
(e1)加载轴承的工况条件：如外圈固定，内圈负荷等。
(e2)加载分析模型的约束条件：剖面处施加对称约束。
(e3)约束滚动体与内、外圈接触点周向和轴向的位移。
(f)接触设置：
采用曲面与曲面的接触方式，在滚动体的网格以及滚道面的网格之间创建连接，取滚动体的表面为源面，套圈的沟道面为目标面，建立接触对，同时考虑到为模拟保持架而设置的静摩擦系数较大为0.35。
(g)设置求解方案设置：
在应用UG NX有限元软件对球轴承进行仿真分析时，求解方案主要进行如下设置：
(g1)采用非线性求解方案及非线性解算器。
(g2)求解参数设置：设置自动增量、最大收敛迭代次数、线搜索、收敛公差等。
(g3)接触状态从初始开始，初始穿透设为零。
(g4)设置最大作业时间。
(g5)设置输出参数为应变。
(h)分析仿真结果，保证球轴承内圈和外圈的应变一致，同时进行结构优化。
综上所述，利用此方法设计的轴承沟曲率系数，能够保证内圈和外圈在特定工况条件下其应变是一样的，最大限度保证轴承的结构参数偏离理想状态最小，保证其使用性能；同时，也实现了内圈和外圈的等寿命设计。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种新型的球轴承沟曲率系数设计方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)根据特定滚动球轴承使用的工作环境，用UG NX三维软件建立各零件三维模型，并按工况条件进行装配；
(b)加载工况条件，如工作转速、负荷，用UG NX动力学仿真软件进行动力学仿真分析，测出滚动球轴承负荷；
(c)用UG NX三维软件建立滚动球轴承的三维仿真模型；并取其四分之一作为有限元仿真模型；
(d)划分网格：选用10节点四面体单元，并对承受载荷最大的钢球和与之接触的内圈、外圈处进行局部分割及网格细化；
(e)边界加载方式及约束条件；
(f)接触设置：采用曲面与曲面的接触方式，在滚动体的网格以及滚道面的网格之间创建连接，取滚动体的表面为源面，套圈的沟道面为目标面，建立接触对，同时考虑到为模拟保持架而设置的静摩擦系数较大为0.35；
(g)设置求解方案设置：在应用UG NX有限元软件对球轴承进行仿真分析时，求解方案主要进行设置；
(h)分析仿真结果，保证球轴承内圈和外圈的应变一致，同时进行结构优化。
2.根据权利要求1所述的新型的球轴承沟曲率系数设计方法，其特征在于，步骤(e)所述的边界加载方式及约束条件的具体过程为：
(e1)加载轴承的工况条件：如外圈固定，内圈负荷；
(e2)加载分析模型约束条件：剖面处施加对称约束；
(e3)约束滚动体与内、外圈接触点周向和轴向的位移。
3.根据权利要求1所述的新型的球轴承沟曲率系数设计方法，其特征在于，步骤(g)所述的设置求解方案设置的具体过程为：
(g1)采用非线性求解方案及非线性解算器；
(g2)求解参数设置：设置自动增量、最大收敛迭代次数、线搜索、收敛公差；
(g3)接触状态从初始开始，初始穿透设为零；
(g4)设置最大作业时间；
(g5)设置输出参数为应变。
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