CN110781564B - 关节轴承挤压槽制备方法及系统 - Google Patents
关节轴承挤压槽制备方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了关节轴承挤压槽制备方法及系统,该方法以带挤压槽关节轴承挤压成型后所需挤压力与所获得密合度的组合值进行归一化后,取相同权值达到最小值为优化目标;该方法,通过有限元方法计算出带挤压槽关节轴承的密合度与挤压力,通过正交试验矩阵得出组合值的最优值,以确定该型号轴承挤压槽的形状尺寸。重复上述步骤,对同系列另一型号轴承进行有限元计算,确定该型号轴承的挤压槽尺寸。通过对已获得的挤压槽尺寸进行曲线拟合,可获得该系列轴承挤压槽拟合曲线,将待确定挤压槽尺寸的轴承代入拟合曲线,可获得相应挤压槽尺寸。该方法可节省大量有限元仿真计算时间,具有结果可靠,工作效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械仿真CAE领域,具体地,涉及一种关节轴承挤压槽制备方法及系统,尤其是一种有限元仿真分析中的关节轴承挤压槽的优化设计方法。
背景技术
关节轴承是一种球面滑动轴承,其滑动接触表面是一个内球面和一个外球面,运动时可以在任意角度旋转摆动。关节轴承因具有载荷能力大,抗冲击,抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好等特点,广泛应用于航空航天领域。对于大型号宽系列关节轴承而言,在挤压成型过程中,往往由于挤压力过大,会对内圈造成损伤;同时由于外圈残余应力过大,对后续机加工及热处理工艺造成极大影响。因此在大型号宽系列轴承挤压成型过程中,会对外圈加工挤压槽,以减少挤压力,提高挤压成型质量。传统的如专利文献CN106583591B所公开的一种关节轴承翻边工具及翻边工艺,包括辊子,连接销钉,导向销,压紧螺钉,承力支座,保持架,定位支撑座;所述辊子设置于保持架上;导向销设置于保持架上方中心位置,承力支座设置在保持架下方;定位支撑座位于关节轴承下方;所述导向销与保持架,保持架与承力支座均通过连接销钉连接;再通过压紧螺钉将连接销钉压紧在承力支座上;所述辊子与保持架之间,导向销与承力支座之间,承力支座与保持架之间,连接销钉与导向销之间均为间隙配合;其特征在于所述辊子设置为三个圆柱型辊子,且在每个辊子的外径上开出一环形槽,避免使用时辊子干涉吊挂类零件。
通过有限元软件,可对关节轴承挤压成型过程进行模拟计算,进而确定所需加工的挤压槽的形状大小,但由于宽系列轴承型号众多,通过有限元仿真模拟,逐一进行计算,耗时耗力。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种关节轴承挤压槽制备方法及系统。
根据本发明提供的一种关节轴承挤压槽优化设计方法,包括如下步骤:
步骤1:对关节轴承及挤压模具进行三维模型构建得到装配体,将装配体导入有限元软件;
步骤2:构建带有不同挤压槽的外圈导入装配体中,将装配体导入有限元软件;
步骤3:对所有装配体分别进行有限元分析,获得关节轴承的密合度及挤压力;利用正交试验对不同挤压槽的参数进行评价,得到最终挤压槽参数;
步骤4:对同一系列的两个关节轴承的最终挤压槽参数进行一次函数曲线拟合,得到拟合曲线:
步骤5:根据得到的拟合曲线来确定同一系列中待制备关节轴承的挤压槽参数。
优选地,还包括:步骤6,对已确定挤压槽参数的待制备关节轴承,通过有限元仿真进行验证,同时通过对挤压槽参数进行修改,验证所确定的挤压槽参数的可靠性。
优选地,所述步骤2还包括:对于导入有限元软件的装配体进行体积缩放。
优选地,所述步骤3还包括:
步骤3.1:构建三维模型的材料参数,通过拉伸试验机拉伸试验获得有限元仿真计算参数;
步骤3.2:对于三维零件模型分别进行网格划分,取前后两种关节轴承所受等效应力变化值在预设范围以内的网格划分方式,作为最终网格划分质量的衡定标准;
其中,在有限元分析的前处理过程中,通过添加关键字的方式获得模具挤压关节轴承时所需的挤压力;在后处理过程中,通过计算外圈坐标的变化,以计算密合度。
优选地,所述进行一次函数曲线拟合包括:分别利用关节轴承外圈壁厚与挤压槽槽深,关节轴承宽度与挤压槽槽宽进行一次函数曲线拟合。
根据本发明提供的一种关节轴承挤压槽制备系统,包括如下模块:
模块M1:对关节轴承及挤压模具进行三维模型构建得到装配体,将装配体导入有限元软件;
模块M2:构建带有不同挤压槽的外圈导入装配体中,将装配体导入有限元软件;
模块M3:对所有装配体分别进行有限元分析,获得关节轴承的密合度及挤压力;利用正交试验对不同挤压槽的参数进行评价,得到最终挤压槽参数;
模块M4:对同一系列的两个关节轴承的最终挤压槽参数进行一次函数曲线拟合,得到拟合曲线:
模块M5:根据得到的拟合曲线来确定同一系列中待制备关节轴承的挤压槽参数。
优选地,还包括:模块M6,对已确定挤压槽参数的待制备关节轴承,通过有限元仿真进行验证,同时通过对挤压槽参数进行修改,验证所确定的挤压槽参数的可靠性。
优选地,所述模块M2还包括:对于导入有限元软件的装配体进行体积缩放。
优选地,所述模块M3还包括:
模块M3.1:构建三维模型的材料参数,通过拉伸试验机拉伸试验获得有限元仿真计算参数;
模块M3.2:对于三维零件模型分别进行网格划分,取前后两种关节轴承所受等效应力变化值在预设范围以内的网格划分方式,作为最终网格划分质量的衡定标准;
其中,在有限元分析的前处理过程中,通过添加关键字的方式获得模具挤压关节轴承时所需的挤压力;在后处理过程中,通过计算外圈坐标的变化,以计算密合度。
优选地,所述进行一次函数曲线拟合包括:分别利用关节轴承外圈壁厚与挤压槽槽深,关节轴承宽度与挤压槽槽宽进行一次函数曲线拟合。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、通过对同一系列的两个关节轴承的最终挤压槽参数进行一次函数曲线拟合,并根据得到的拟合曲线来确定同一系列中待制备关节轴承的挤压槽参数,可极大节省有限元仿真所需的计算时间,提高工作效率。也就是说,基于本发明可以仅对两个关节轴承进行有限元仿真模拟,而不需要如传统技术中需要对每一个关节轴承逐一进行有限元仿真模拟,其中,每一个关节轴承进行有限元仿真模拟计算机大约需要运行2个月的时间进行计算,非常耗时。
2、通过对已确定挤压槽参数的待制备关节轴承进行有限元仿真验证,能够极大的提高验证结果的可靠性。进一步地,本发明通过实物验证,验证结果仍然是可靠的。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为宽系列关节轴承挤压槽优化设计方法流程图。
图2为圆弧形挤压槽结构示意图。
图3为挤压工艺过程有限元模型示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图3所示,根据本发明提供的一种关节轴承挤压槽制备方法,包括如下步骤:
步骤1:对关节轴承及挤压模具进行三维模型构建得到装配体,将装配体导入有限元软件;
步骤2:构建带有不同挤压槽的外圈导入装配体中,将装配体导入有限元软件;
步骤3:对所有装配体分别进行有限元分析,获得关节轴承的密合度及挤压力;利用正交试验对不同挤压槽的参数进行评价,得到最终挤压槽参数;
步骤4:对同一系列的两个关节轴承的最终挤压槽参数进行一次函数曲线拟合,得到拟合曲线;其中,除了所述两个关节轴承的最终挤压槽参数之外,还可以获得其它关节轴承的最终挤压槽参数,所述其它关节轴承的最终挤压槽参数用于验证一次函数曲线拟合是否正确;
步骤5:根据得到的拟合曲线来确定同一系列中待制备关节轴承的挤压槽参数。
在优选例中,根据拟合曲线确定的待制备关节轴承的挤压槽参数制备得到关节轴承挤压槽。
如图2所示,在优选例中,步骤1包括:对于第一同系列宽关节轴承,在三维软件中按图纸要求,分别进行关节轴承外圈、内圈、衬垫及上、下挤压模具的三维零件模型构建;对外圈外壁,以外圈宽度中心线延长方向为挤压槽圆心,以外圈挤压槽所需的槽深连线为半径构建圆弧,以外圈几何中心且平行于外圈宽度方向做旋转轴线,进行圆弧形挤压槽旋转切除;对已构建好的三维零件模型进行装配,导入有限元软件。
如图3所示,在优选例中,步骤3包括:对于已导入有限元软件中的模型,进行材料、接触、边界条件、网格划分设置,即参数设置,然后进行求解计算,对求解的结果进行后处理,获得相应挤压槽尺寸所对应轴承的密合度及挤压力。图3仅为辅助理解使用,根据说明书的记载结合图1、图2以及相应的文字说明,本领域普通的技术人员已经能够实现本发明。
在优选例中,步骤4包括:结合挤压槽参数及有限元分析计算成本,构建两因素四水平正交试验,通过分析计算获得的轴承密合度及挤压力,利用正交试验对其进行归一化后,取相同权值的组合值达到最小值为评定依据;对挤压槽参数进行评价,组合值最小值所对应的挤压槽尺寸为该型号最终挤压槽尺寸。
进一步地,还包括:步骤6,对已获得最终挤压槽参数的关节轴承,通过有限元仿真进行验证,同时通过对最终挤压槽参数进行修改,验证所获得的最终挤压槽参数的可靠性;所述三维模型构建包括构建关节轴承的内圈、外圈、衬垫、上挤压模具和下挤压模具的三维零件模型。所述步骤2包括:对于导入有限元软件的装配体进行体积缩放。优选地,对已获得的挤压槽尺寸参数,分别利用关节轴承外圈壁厚与挤压槽槽深,关节轴承宽度与挤压槽槽宽进行一次函数曲线拟合,获得该系列轴承的挤压槽拟合曲线。
进一步地,所述步骤3包括:
步骤3.1:构建三维模型的材料参数,通过拉伸试验机拉伸试验获得有限元仿真计算参数;所述步骤3.1中,内圈、外圈三维零件模型的材料参数分别由内、外圈棒料延棒料轧制方向制备成样件,通过拉伸试验机拉伸试验获得内圈、外圈的有限元仿真计算参数。在优选例中,通过拉伸试验机拉伸试验获得内外圈的屈服强度、抗拉强度、泊松比、弹性模量等有限元仿真计算参数。
步骤3.2:对于三维零件模型分别进行网格划分,取前后两种关节轴承所受等效应力变化值在预设范围以内的网格划分方式,作为最终网格划分质量的衡定标准;所述步骤3.2中,所述预设范围具体包括:所受等效应力变化值在5%以内。
其中,在有限元分析的前处理过程中,通过添加关键字的方式获得模具挤压关节轴承时所需的挤压力;在后处理过程中,通过计算外圈坐标的变化,以计算密合度。在优选例中,后处理的任务是对计算输出的结果进行必要的处理,并按一定方式显示或打印出来,以便对分析对象的性能或设计的合理性进行分析、评估,以做出相应的改进或优化,这是进行有限元分析的目的所在。
更进一步地,在有限元分析的前处理过程中添加回弹关键字,对于生成的结果文件,重新添加材料、边界条件进行计算;所述进行一次函数曲线拟合包括:分别利用关节轴承外圈壁厚与挤压槽槽深,关节轴承宽度与挤压槽槽宽进行一次函数曲线拟合。所述前处理即将实际问题或设计方案抽象为能为数值计算提供所有输入数据的有限元模型。
根据本发明提供的一种关节轴承挤压槽制备系统,包括如下模块:
模块M1:对关节轴承及挤压模具进行三维模型构建得到装配体,将装配体导入有限元软件;
模块M2:构建带有不同挤压槽的外圈导入装配体中,将装配体导入有限元软件;
模块M3:对所有装配体分别进行有限元分析,获得关节轴承的密合度及挤压力;利用正交试验对不同挤压槽的参数进行评价,得到最终挤压槽参数;
模块M4:对同一系列的两个关节轴承的最终挤压槽参数进行一次函数曲线拟合,得到拟合曲线:
模块M5:根据得到的拟合曲线来确定同一系列中待制备关节轴承的挤压槽参数。
进一步地,还包括:模块M6,对已确定挤压槽参数的待制备关节轴承,通过有限元仿真进行验证,同时通过对挤压槽参数进行修改,验证所确定的挤压槽参数的可靠性。所述模块M2还包括:对于导入有限元软件的装配体进行体积缩放。所述模块M3还包括:模块M3.1:构建三维模型的材料参数,通过拉伸试验机拉伸试验获得有限元仿真计算参数;模块M3.2:对于三维零件模型分别进行网格划分,取前后两种关节轴承所受等效应力变化值在预设范围以内的网格划分方式,作为最终网格划分质量的衡定标准;其中,在有限元分析的前处理过程中,通过添加关键字的方式获得模具挤压关节轴承时所需的挤压力;在后处理过程中,通过计算外圈坐标的变化,以计算密合度。所述进行一次函数曲线拟合包括:分别利用关节轴承外圈壁厚与挤压槽槽深,关节轴承宽度与挤压槽槽宽进行一次函数曲线拟合。
本发明在有限元仿真计算基础上,通过结合正交试验矩阵,确定所需单一型号轴承挤压槽的较优尺寸。通过计算该系列两款轴承挤压槽的尺寸参数,获得该系列轴承拟合曲线,对于需要确定挤压槽参数的轴承,通过输入轴承的参数于拟合曲线中,可获得该型号轴承的挤压槽参数,该方法可大幅降低同系列关节轴承所需计算时间,同时通过后续的有限元验证,确定该方法的可行性。
由于在仿真计算过程中,对于进行曲线拟合的轴承挤压槽参数,需要进行大量的仿真计算,同时还需要结合现场的挤压试验以修正有限元计算过程中的参数,如接触参数,衬垫模型参数等,以便提高有限元模拟计算结果的可行性。对于修正后的有限元模型,进行不同挤压槽仿真试验时,考虑到有限元软件建模耗时较长,采用其它三维软件,构建带挤压槽的外圈,导入有限模型分析计算软中,从而节省分析计算成本。
对于已进行模型参数修正的有限元模型,重新导入带有不同尺寸的挤压槽参数的外圈进行分析计算时,需要重新定义模型参数及零件接触,由于仿真计算量较大,定义次数较多,因此,重复定义参数时较易出错。现通过对已进行模型参数修正的有限元模型进行k文件的生成,每次导入外圈的有限元模型同时生成另一k文件,将此k文件的模型信息,导入已进行模型参数修正的有限元模型,通过此方式,以提高重复计算的准确性及高效性。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以,本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种关节轴承挤压槽制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:对关节轴承及挤压模具进行三维模型构建得到装配体,将装配体导入有限元软件;
步骤2:构建带有不同挤压槽的外圈导入装配体中,将装配体导入有限元软件;
步骤3:对所有装配体分别进行有限元分析,获得关节轴承的密合度及挤压力;利用正交试验对不同挤压槽的参数进行评价,得到最终挤压槽参数;
步骤4:对同一系列的两个关节轴承的最终挤压槽参数进行一次函数曲线拟合,得到拟合曲线:
步骤5:根据得到的拟合曲线来确定同一系列中待制备关节轴承的挤压槽参数。
2.根据权利要求1所述的关节轴承挤压槽制备方法,其特征在于,还包括:步骤6,对已确定挤压槽参数的待制备关节轴承,通过有限元仿真进行验证,同时通过对挤压槽参数进行修改,验证所确定的挤压槽参数的可靠性。
3.根据权利要求1所述的关节轴承挤压槽制备方法,其特征在于,所述步骤2还包括:对于导入有限元软件的装配体进行体积缩放。
4.根据权利要求1所述的关节轴承挤压槽制备方法,其特征在于,所述步骤3还包括:
步骤3.1:构建三维模型的材料参数,通过拉伸试验机拉伸试验获得有限元仿真计算参数;
步骤3.2:对于三维零件模型分别进行网格划分,取前后两种关节轴承所受等效应力变化值在预设范围以内的网格划分方式,作为最终网格划分质量的衡定标准;
其中,在有限元分析的前处理过程中,通过添加关键字的方式获得模具挤压关节轴承时所需的挤压力;在后处理过程中,通过计算外圈坐标的变化,以计算密合度。
5.根据权利要求4所述的关节轴承挤压槽制备方法,其特征在于,所述进行一次函数曲线拟合包括:分别利用关节轴承外圈壁厚与挤压槽槽深,关节轴承宽度与挤压槽槽宽进行一次函数曲线拟合。
6.一种关节轴承挤压槽制备系统,其特征在于,包括如下模块:
模块M1:对关节轴承及挤压模具进行三维模型构建得到装配体,将装配体导入有限元软件;
模块M2:构建带有不同挤压槽的外圈导入装配体中,将装配体导入有限元软件;
模块M3:对所有装配体分别进行有限元分析,获得关节轴承的密合度及挤压力;利用正交试验对不同挤压槽的参数进行评价,得到最终挤压槽参数;
模块M4:对同一系列的两个关节轴承的最终挤压槽参数进行一次函数曲线拟合,得到拟合曲线:
模块M5:根据得到的拟合曲线来确定同一系列中待制备关节轴承的挤压槽参数。
7.根据权利要求6所述的关节轴承挤压槽制备系统,其特征在于,还包括:模块M6,对已确定挤压槽参数的待制备关节轴承,通过有限元仿真进行验证,同时通过对挤压槽参数进行修改,验证所确定的挤压槽参数的可靠性。
8.根据权利要求6所述的关节轴承挤压槽制备系统,其特征在于,所述模块M2还包括:对于导入有限元软件的装配体进行体积缩放。
9.根据权利要求6所述的关节轴承挤压槽制备系统,其特征在于,所述模块M3还包括:
模块M3.1:构建三维模型的材料参数,通过拉伸试验机拉伸试验获得有限元仿真计算参数;
模块M3.2:对于三维零件模型分别进行网格划分,取前后两种关节轴承所受等效应力变化值在预设范围以内的网格划分方式,作为最终网格划分质量的衡定标准;
其中,在有限元分析的前处理过程中,通过添加关键字的方式获得模具挤压关节轴承时所需的挤压力;在后处理过程中,通过计算外圈坐标的变化,以计算密合度。
10.根据权利要求9所述的关节轴承挤压槽制备系统,其特征在于,所述进行一次函数曲线拟合包括:分别利用关节轴承外圈壁厚与挤压槽槽深,关节轴承宽度与挤压槽槽宽进行一次函数曲线拟合。
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