本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，屬于軸承性能研究。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電、船舶制造、核電工程以及交通設(shè)施等領(lǐng)域的建設(shè)進(jìn)程，重型起重機(jī)的研究稱為熱點(diǎn)。重型起重機(jī)的研發(fā)旨在提升其承載能力，以減少對(duì)建設(shè)速度的限制。而轉(zhuǎn)盤軸承作為起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部分，其結(jié)構(gòu)形式獨(dú)特，同時(shí)承受著極為復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境。起重機(jī)作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)盤軸承做低速重載回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于主機(jī)剛度的不均勻性從而導(dǎo)致在軸承內(nèi)部，某個(gè)滾子與滾道接觸的部位可能面臨接觸應(yīng)力過大的問題，這會(huì)導(dǎo)致局部材料發(fā)生塑性變形，使得軸承處于彈塑性非赫茲接觸狀態(tài)。考慮到特定工況下滾動(dòng)體的塑性變形可能引起殘余應(yīng)力的累積，過大的殘余應(yīng)力可能導(dǎo)致構(gòu)件的早期失效，甚至開裂。此外，這些殘余應(yīng)力還可能對(duì)材料構(gòu)件的靜載強(qiáng)度、抗疲勞強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性以及應(yīng)力腐蝕開裂等性能造成負(fù)面影響，因此，需要準(zhǔn)確檢測殘余應(yīng)力。而目前轉(zhuǎn)盤軸承的殘余應(yīng)力要準(zhǔn)確檢測，就只能利用測試儀進(jìn)行測量，如x射線衍射儀，雖然實(shí)現(xiàn)了殘余應(yīng)力的準(zhǔn)確檢測，但是這種方式需要將轉(zhuǎn)盤軸承從所在起重機(jī)上取下放入到x射線衍射儀中，方式比較復(fù)雜，并且影響起重機(jī)的正常運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，以解決目前轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力檢測不方便的問題。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，該方法包括以下步驟：

3、1)獲取轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下的塑性變形量；

4、2)將獲取的轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下的塑性變形量代入到殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系中，從而確定該轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下塑性變形引起的殘余應(yīng)力；

5、所述殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系是基于轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的塑性變形量以及轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的殘余應(yīng)力確定的。

6、進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的塑性變形量是采用有限元仿真、滾子軸承彈塑性接觸理論計(jì)算、和塑性變形量測量中的至少一種確定的。

7、進(jìn)一步地，采用滾子軸承彈塑性接觸理論計(jì)算轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的塑性變形量時(shí)利用計(jì)算公式為：

8、

9、其中，δs為塑性變形量；δy為材料屈服時(shí)的變形量；fc是屈服時(shí)的臨界載荷，q為轉(zhuǎn)盤軸承中滾動(dòng)體與滾道之間法向接觸負(fù)荷，即為轉(zhuǎn)盤軸承所承受的載荷；l為轉(zhuǎn)盤軸承中滾子有效長度，η為與轉(zhuǎn)盤軸承兩體接觸系統(tǒng)材料彈性常數(shù)e和泊松比v有關(guān)的系數(shù)。

10、進(jìn)一步地，采用有限元仿真確定轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷下的塑性變形量時(shí)，建立受載最大滾動(dòng)體的有限元模型，該有限元模型采用彈塑性本構(gòu)關(guān)系為雙線性各向同性硬化模型，且該有限元模型選取轉(zhuǎn)盤軸承外圈下表面作為固定面，約束所有節(jié)點(diǎn)沿滾子與內(nèi)、外圈接觸點(diǎn)連線的x和z方向自由度，同時(shí)需要約束內(nèi)圈表面所有節(jié)點(diǎn)的x和z方向自由度，并在對(duì)該有限元模型進(jìn)行加載仿真時(shí)，控制載荷隨時(shí)間進(jìn)行遞增，達(dá)到最大值后再進(jìn)行卸載。

11、進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的殘余應(yīng)力是通過x射線衍射儀測量得到。

12、進(jìn)一步地，在采用x射線衍射儀測量轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的殘余應(yīng)力時(shí)，先對(duì)轉(zhuǎn)盤軸承的滾動(dòng)體試件進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，再對(duì)靜壓試驗(yàn)后的滾動(dòng)體試件進(jìn)行清洗，并使用x射線衍射儀進(jìn)行測量，記錄衍射峰的位移，根據(jù)衍射圖樣計(jì)算晶格常數(shù)的變化，通過應(yīng)變和應(yīng)力關(guān)系來確定殘余應(yīng)力。

13、進(jìn)一步地，所述殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系對(duì)得到的轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的塑性變形量和殘余應(yīng)力進(jìn)行擬合得到的。

14、進(jìn)一步地，擬合得到的殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系包括主推力下轉(zhuǎn)盤軸承滾動(dòng)體殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系和反推力下轉(zhuǎn)盤軸承滾動(dòng)體殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系，主推力下轉(zhuǎn)盤軸承滾動(dòng)體殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系為非線性關(guān)系，反推力下轉(zhuǎn)盤軸承滾動(dòng)體殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系為非線性關(guān)系。

15、進(jìn)一步地，所述步驟1)中轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下的塑性變形量是采用對(duì)轉(zhuǎn)盤軸承的有限元仿真和滾子軸承彈塑性接觸理論計(jì)算中的一種確定的；在利用滾子軸承彈塑性接觸理論計(jì)算時(shí)，令轉(zhuǎn)盤軸承所承受的載荷為轉(zhuǎn)盤軸承當(dāng)前所在工況下的載荷；采用有限元仿真確定轉(zhuǎn)盤軸承的塑性變形量時(shí)，控制載荷為轉(zhuǎn)盤軸承當(dāng)前所在工況下的載荷。

16、本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用各載荷作用下的塑性變形量殘余應(yīng)力建立殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系，獲取轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下的塑性變形量，將該實(shí)際工況下的塑性變形量代入到所建立的殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系中就可以確定實(shí)際工況下的轉(zhuǎn)盤軸承的殘余應(yīng)力。因此，本發(fā)明只需要獲取轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下的塑性變形量即可，不需要將轉(zhuǎn)盤軸承從實(shí)際運(yùn)行的設(shè)備上取下就可以確定出轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下殘余應(yīng)力，檢測方式檢測，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

技術(shù)特征：

1.一種轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的塑性變形量是采用有限元仿真、滾子軸承彈塑性接觸理論計(jì)算、和塑性變形量測量中的至少一種確定的。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，其特征在于，采用滾子軸承彈塑性接觸理論計(jì)算轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的塑性變形量時(shí)利用計(jì)算公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，其特征在于，采用有限元仿真確定轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷下的塑性變形量時(shí)，建立受載最大滾動(dòng)體的有限元模型，該有限元模型采用彈塑性本構(gòu)關(guān)系為雙線性各向同性硬化模型，且該有限元模型選取轉(zhuǎn)盤軸承外圈下表面作為固定面，約束所有節(jié)點(diǎn)沿滾子與內(nèi)、外圈接觸點(diǎn)連線的x和z方向自由度，同時(shí)需要約束內(nèi)圈表面所有節(jié)點(diǎn)的x和z方向自由度，并在對(duì)該有限元模型進(jìn)行加載仿真時(shí)，控制載荷隨時(shí)間進(jìn)行遞增，達(dá)到最大值后再進(jìn)行卸載。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，其特征在于，轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的殘余應(yīng)力是通過x射線衍射儀測量得到。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，其特征在于，在采用x射線衍射儀測量轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的殘余應(yīng)力時(shí)，先對(duì)轉(zhuǎn)盤軸承的滾動(dòng)體試件進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，再對(duì)靜壓試驗(yàn)后的滾動(dòng)體試件進(jìn)行清洗，并使用x射線衍射儀進(jìn)行測量，記錄衍射峰的位移，根據(jù)衍射圖樣計(jì)算晶格常數(shù)的變化，通過應(yīng)變和應(yīng)力關(guān)系來確定殘余應(yīng)力。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，其特征在于，所述殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系對(duì)得到的轉(zhuǎn)盤軸承在各載荷作用下的塑性變形量和殘余應(yīng)力進(jìn)行擬合得到的。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，其特征在于，擬合得到的殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系包括主推力下轉(zhuǎn)盤軸承滾動(dòng)體殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系和反推力下轉(zhuǎn)盤軸承滾動(dòng)體殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系，主推力下轉(zhuǎn)盤軸承滾動(dòng)體殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系為非線性關(guān)系，反推力下轉(zhuǎn)盤軸承滾動(dòng)體殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系為非線性關(guān)系。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，其特征在于，所述步驟1)中轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下的塑性變形量是采用對(duì)轉(zhuǎn)盤軸承的有限元仿真和滾子軸承彈塑性接觸理論計(jì)算中的一種確定的；在利用滾子軸承彈塑性接觸理論計(jì)算時(shí)，令轉(zhuǎn)盤軸承所承受的載荷為轉(zhuǎn)盤軸承當(dāng)前所在工況下的載荷；采用有限元仿真確定轉(zhuǎn)盤軸承的塑性變形量時(shí)，控制載荷為轉(zhuǎn)盤軸承當(dāng)前所在工況下的載荷。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)盤軸承塑性變形下的殘余應(yīng)力確定方法，屬于軸承性能研究技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用各載荷作用下的塑性變形量殘余應(yīng)力建立殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系，獲取轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下的塑性變形量，將該實(shí)際工況下的塑性變形量代入到所建立的殘余應(yīng)力與塑性變形量之間的關(guān)系中就可以確定實(shí)際工況下的轉(zhuǎn)盤軸承的殘余應(yīng)力。因此，本發(fā)明只需要獲取轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下的塑性變形量即可，不需要將轉(zhuǎn)盤軸承從實(shí)際運(yùn)行的設(shè)備上取下就可以確定出轉(zhuǎn)盤軸承在實(shí)際工況下殘余應(yīng)力，檢測方式檢測，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

技術(shù)研發(fā)人員：劉紅彬,魏峰,時(shí)方振,劉勇言,王繼文,孫勇攀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30