CN112560196B - 一种抱环式巨型卸胎机的轴承疲劳寿命预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抱环式巨型卸胎机的轴承疲劳寿命预测方法,其用于对卸胎机摇臂处的轴承和导轨轮处的轴承进行疲劳寿命预测。本发明结合动力学、静力学、疲劳寿命仿真软件对卸胎机摇臂处与导轨轮轴承处进行仿真分析,简单可靠,省时省力,适用于工程应用,填补了目前对于巨型卸胎机轴承疲劳寿命研究领域的空白;运用工程领域通用的动力学、静力学、疲劳寿命预测软件对轴承进行疲劳寿命预测,分析结果较为科学,为轴承的力学特性与使用安全性提供相关理论支撑。
Description
技术领域
本发明属于卸胎机领域,特别涉及一种抱环式巨型卸胎机的轴承疲劳寿命预测方法。
背景技术
目前随着重型机械的快速发展,重型机械所用轮胎的吨位也快速上升,巨型轮胎卸胎机也应运而生,卸胎机工作时,夹取的巨型轮胎质量可达6t,存在较大的惯性力,在工作过程中会因为碰撞及运动产生冲击,引起系统强烈振动,关键部位的轴承受力也会十分的复杂,复杂的工况极易引起轴承的失效。
发明内容
为了解决现有技术中的不足,本发明旨在提供一种抱环式巨型卸胎机的轴承疲劳寿命预测方法,为轴承的力学特性与使用安全性提供相关理论支撑。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种抱环式巨型卸胎机的轴承疲劳寿命预测方法,其用于对卸胎机摇臂处的轴承和导轨轮处的轴承进行疲劳寿命预测所述方法包括以下步骤:
1)构建卸胎机模型,对卸胎机整体进行动力学仿真分析,在卸胎机模型上添加整体约束与驱动,模拟卸胎机运作状况,获得卸胎机上最下方摇臂处轴承与最上方导轨轮处轴承的载荷谱;
2)对摇臂处轴承和导轨轮轴承处轴承分别进行分析预测:
A、摇臂处轴承的分析:
1、根据实际轴承参数建立摇臂处轴承的三维模型;
2、将上述建立的三维模型导入ANSYS Workbench静力学分析软件,搭建静力学模块,设置摇臂处轴承的材料,根据摇臂处轴承载荷谱对摇臂处轴承进行静力学约束与载荷施加,约束为外圈固定,内圈轴向约束,以柱坐标系约束滚珠绕公转方向的转动与轴向运动,滚珠与内外圈采用有摩擦接触,设置摩擦比例因子,算法采用增广拉格朗日算法,设置接触刚度,进行网格划分,获得摇臂处轴承静应力结果;
3、根据获得的摇臂处轴承静应力结果在ANSYS nCode中搭建疲劳寿命模块,求解设置:计算方法采用标准应力疲劳方法,应力组合方法为带符号的VonMises的等效应力,平均应力采用FKM修正,存活率为90%,进行多轴评估,设置横向力与竖向力载荷映射时力幅比例因子,获得疲劳寿命云图,最终得到摇臂处轴承的疲劳寿命;
B、导轨轮处轴承的分析:
1、根据实际轴承参数建立导轨轮处轴承的三维模型;
2、将上述建立的三维模型导入ANSYS Workbench静力学分析软件,搭建静力学模块,设置导轨轮处轴承的材料,根据导轨轮处载荷谱对导轨轮处轴承进行静力学约束与载荷施加,约束为外圈固定,内圈轴向约束,以柱坐标系约束滚珠绕公转方向的转动与轴向运动,滚珠与内外圈采用有摩擦接触,设置摩擦比例因子,算法采用增广拉格朗日算法,设置接触刚度,进行网格划分,获得导轨轮处静应力结果;
3、根据获得的导轨轮处轴承静应力结果在ANSYS nCode中搭建疲劳寿命模块,求解设置:计算方法采用标准应力疲劳方法,应力组合方法为带符号的VonMises的等效应力,平均应力采用FKM修正,存活率为90%,进行多轴评估,设置横向力与竖向力载荷映射时力幅比例因子,获得疲劳寿命云图,最终得到导轨轮处轴承的疲劳寿命。
步骤1)中,最下方摇臂处轴承与最上方导轨轮处轴承的载荷谱均包括竖向力载荷谱、轴向力载荷谱和横向载荷谱。
对摇臂处轴承和导轨轮处轴承的载荷施加均包括竖向力加载、轴向力加载和横向力加载。
本发明采用以上技术方案,具有以下有益效果:
1、本发明针对巨型卸胎机轴承的疲劳寿命进行数值模拟分析,并结合一定的理论计算对比仿真结果,简单可靠,省时省力,适用于工程应用,填补了目前对于巨型卸胎机轴承疲劳寿命研究领域的空白;
2、运用工程领域通用的动力学、静力学、疲劳寿命预测软件对轴承进行疲劳寿命预测,分析结果较为科学,为轴承的力学特性与使用安全性提供相关理论支撑。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明;
图1为卸胎机的机械结构图;
图2为卸胎机整体约束与驱动添加的示意图;
图3为卸胎机摇臂处轴承三向力载荷谱;
图4为摇臂处轴承联合仿真整体等效应力云图;
图5为摇臂处轴承的疲劳寿命云图;
图6为卸胎机导轨轮处轴承三向力载荷谱;
图7为导轨轮处轴承联合仿真整体等效应力云图;
图8为导轨轮处轴承的疲劳寿命云图。
具体实施方式
本发明一种抱环式巨型卸胎机的轴承疲劳寿命预测方法,卸胎机机械结构如图1所示,卸胎机总共有8个导轨轮,16对摇臂,每个导轨轮与摇臂安装两个深沟球轴承,其用于对卸胎机摇臂处的轴承和导轨轮处的轴承进行疲劳寿命预测;所述方法包括以下步骤:
1)构建卸胎机模型,对卸胎机整体进行动力学仿真分析,如图2所示,在卸胎机模型上添加整体约束与驱动,模拟卸胎机运作状况,获得卸胎机上最下方摇臂处轴承与最上方导轨轮处轴承的载荷谱(载荷谱均包括竖向力载荷谱、轴向力载荷谱和横向载荷谱);
2)对摇臂处轴承和导轨轮轴承处轴承分别进行分析预测:
A、摇臂处轴承(轴承61918)的分析:
1、根据实际轴承参数建立摇臂处轴承的三维模型,省略保持架等非重要部件;
2、将上述建立的三维模型导入ANSYS Workbench静力学分析软件,搭建静力学模块,设置摇臂处轴承的材料(材料为GCr15轴承钢),根据摇臂处轴承载荷谱对摇臂处轴承进行静力学约束与载荷施加(包括竖向力加载、轴向力加载和横向力加载),约束为外圈固定,内圈轴向约束,以柱坐标系约束滚珠绕公转方向的转动与轴向运动以模拟约束架对其的作用,滚珠与内外圈采用有摩擦接触,摩擦比例因子设置为0.02,算法采用增广拉格朗日算法,接触刚度设置为1,进行网格划分,共有14438个单元,获得摇臂处轴承静应力结果,如图3所示;
3、根据获得的摇臂处轴承静应力结果在ANSYS nCode中搭建疲劳寿命模块,求解设置:计算方法采用标准应力疲劳方法,应力组合方法为带符号的VonMises的等效应力,平均应力采用FKM修正,存活率为90%,进行多轴评估,因为该分析的部位安装了两个相同的轴承,设置横向力与竖向力载荷映射时力幅比例因子为0.5,获得疲劳寿命云图,如图4所示,最终得到摇臂处轴承的疲劳寿命,最终寿命为394300次,换算成小时数为2190.5h。
4、对摇臂处轴承寿命进行理论估算:
根据轴承额定寿命计算公式对轴承寿命进行估算如式(1)
式中,C—额定动负荷;
P—为当量动载荷;
ε—寿命指数,滚珠轴承取3;
Lh—轴承额定寿命,单位为小时;
n—为轴承转速,此处为30r/min。
当量载荷计算式为:
P=fd(XFr+YFz) (2)
式中,Fr—径向载荷;
fd—载荷冲击度系数。
查表获得轴承61918额定动载荷Cr=33500N,额定静载荷Cor为30500N。
三向力分别取Fx=16000N Fy=11000Fz=4100N,根据相对轴向载荷计算式得到参数e
查表可得e=0.3;
B、采用上述同样的方法对导轨轮处轴承(轴承61818)进行分析:
1、根据实际轴承参数建立导轨轮处轴承的三维模型,省略保持架等非重要部件;
2、将上述建立的三维模型导入ANSYS Workbench静力学分析软件,搭建静力学模块,设置导轨轮处轴承的材料(材料为GCr15轴承钢),根据导轨轮处载荷谱对导轨轮处轴承进行静力学约束与载荷施加(竖向力加载、轴向力加载和横向力加载),约束为外圈固定,内圈轴向约束,以柱坐标系约束滚珠绕公转方向的转动与轴向运动以模拟约束架对其的作用,滚珠与内外圈采用有摩擦接触,摩擦比例因子设置为0.02,算法采用增广拉格朗日算法,接触刚度设置为1,进行网格划分,共有14438个单元,获得导轨轮处静应力结果,如图5所示;
3、根据获得的导轨轮处轴承静应力结果在ANSYS nCode中搭建疲劳寿命模块,求解设置:计算方法采用标准应力疲劳方法,应力组合方法为带符号的VonMises的等效应力,平均应力采用FKM修正,存活率为90%,进行多轴评估,因为该分析的部位安装了两个相同的轴承,设置横向力与竖向力载荷映射时力幅比例因子为0.5,获得疲劳寿命云图,如图6所示,最终得到导轨轮处轴承的疲劳寿命。根据寿命云图可知导轨轮处轴承寿命为364600次,折合时长为2025.5h。
同理,导轨轮处轴承的额定静载荷为22000N,额定动载荷为19500N,三向力分别取788.5N,3329N,10495N,根据以上轴承寿命理论计算公式可得导轨轮处轴承在这种工况下的疲劳寿命为1142h,与软件数值模拟预测寿命为同一数量级,预测寿命数值较为合理。
上面结合附图对本发明的实施加以描述,但是本发明不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式是示意性而不是加以局限本发明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (3)
1.一种抱环式巨型卸胎机的轴承疲劳寿命预测方法,其用于对卸胎机摇臂处的轴承和导轨轮处的轴承进行疲劳寿命预测;其特征在于:所述方法包括以下步骤:
1)构建卸胎机模型,对卸胎机整体进行动力学仿真分析,在卸胎机模型上添加整体约束与驱动,模拟卸胎机运作状况,获得卸胎机上最下方摇臂处轴承与最上方导轨轮处轴承的载荷谱;
2)对摇臂处轴承和导轨轮轴承处轴承分别进行分析预测:
A、摇臂处轴承的分析:
A1、根据实际轴承参数建立摇臂处轴承的三维模型;
A2、将上述建立的三维模型导入ANSYS Workbench静力学分析软件,搭建静力学模块,设置摇臂处轴承的材料,根据摇臂处轴承载荷谱对摇臂处轴承进行静力学约束与载荷施加,约束为外圈固定,内圈轴向约束,以柱坐标系约束滚珠绕公转方向的转动与轴向运动,滚珠与内外圈采用有摩擦接触,设置摩擦比例因子,算法采用增广拉格朗日算法,设置接触刚度,进行网格划分,获得摇臂处轴承静应力结果;
A3、根据获得的摇臂处轴承静应力结果搭建疲劳寿命模块,求解设置:计算方法采用标准应力疲劳方法,应力组合方法为带符号的VonMises的等效应力,平均应力采用FKM修正,存活率为90%,进行多轴评估,设置横向力与竖向力载荷映射时力幅比例因子,获得疲劳寿命云图,最终得到摇臂处轴承的疲劳寿命;
B、导轨轮处轴承的分析:
B1、根据实际轴承参数建立导轨轮处轴承的三维模型;
B2、将上述建立的三维模型导入ANSYS Workbench静力学分析软件,搭建静力学模块,设置导轨轮处轴承的材料,根据导轨轮处载荷谱对导轨轮处轴承进行静力学约束与载荷施加,约束为外圈固定,内圈轴向约束,以柱坐标系约束滚珠绕公转方向的转动与轴向运动,滚珠与内外圈采用有摩擦接触,设置摩擦比例因子,算法采用增广拉格朗日算法,设置接触刚度,进行网格划分,获得导轨轮处静应力结果;
B3、根据获得的导轨轮处轴承静应力结果在ANSYS nCode中搭建疲劳寿命模块,求解设置:计算方法采用标准应力疲劳方法,应力组合方法为带符号的VonMises的等效应力,平均应力采用FKM修正,存活率为90%,进行多轴评估,设置横向力与竖向力载荷映射时力幅比例因子,获得疲劳寿命云图,最终得到导轨轮处轴承的疲劳寿命。
2.根据权利要求1所述的一种抱环式巨型卸胎机的轴承疲劳寿命预测方法,其特征在于:步骤1)中,最下方摇臂处轴承与最上方导轨轮处轴承的载荷谱均包括竖向力载荷谱、轴向力载荷谱和横向载荷谱。
3.根据权利要求2所述的一种抱环式巨型卸胎机的轴承疲劳寿命预测方法,其特征在于:对摇臂处轴承和导轨轮处轴承的载荷施加均包括竖向力加载、轴向力加载和横向力加载。
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