本發(fā)明涉及軸承壽命計(jì)算，尤其涉及一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、目前，大多數(shù)在計(jì)算球軸承額定壽命時(shí)未考慮殘余應(yīng)力對(duì)球軸承壽命的影響，實(shí)際上軸承套圈的表面殘余應(yīng)力會(huì)影響球軸承的使用壽命和性能。對(duì)于飛機(jī)使用的球軸承，由于軸承套圈表面的殘余壓應(yīng)力會(huì)使軸承套圈與滾動(dòng)體的接觸應(yīng)力與接觸半寬減小，滾動(dòng)體負(fù)荷減小，增加軸承的疲勞壽命，但目前在計(jì)算球軸承壽命時(shí)，并未考慮軸承套圈表面的殘余壓應(yīng)力對(duì)球軸承的疲勞壽命的影響，故而球軸承疲勞壽命的計(jì)算精度仍有待提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，建立了考慮軸承套圈表面殘余應(yīng)力因素的滾動(dòng)軸承接觸非線性有限元分析模型，極大程度得提升了球軸承疲勞壽命的計(jì)算精度。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，包括以下步驟：

3、步驟1、建立角接觸球軸承有限元模型，對(duì)角接觸球軸承有限元模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格；

4、步驟2、設(shè)置角接觸球軸承的內(nèi)圈、外圈和鋼球三個(gè)接觸面；

5、步驟3、設(shè)置角接觸球軸承的約束與載荷；

6、步驟4、設(shè)置角接觸球軸承的殘余應(yīng)力層；

7、步驟5、設(shè)置未加載殘余應(yīng)力、加載殘余應(yīng)力兩個(gè)分析步；

8、步驟6、采用完全牛頓—拉斐遜法進(jìn)行角接觸球軸承非線性方程組求解得到滾動(dòng)體負(fù)荷；

9、步驟7、利用得到滾動(dòng)體負(fù)荷計(jì)算角接觸球軸承的疲勞壽命。

10、優(yōu)選的，所述步驟1中運(yùn)用soildworks建立角接觸球軸承有限元模型，并對(duì)接觸區(qū)附近進(jìn)行網(wǎng)格加密。

11、優(yōu)選的，所述步驟2中通過(guò)hypermesh設(shè)置角接觸球軸承的內(nèi)圈、外圈和鋼球三個(gè)接觸面，角接觸球軸承內(nèi)圈、外圈與鋼球之間的接觸狀態(tài)定義為面面接觸，在角接觸球軸承有限元模型對(duì)稱面施加對(duì)稱接觸。

12、優(yōu)選的，所述步驟3中將角接觸球軸承內(nèi)圈、外圈表面上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)分別耦合為剛性點(diǎn)mpc1、mpc2，將角接觸球軸承外圈施加力的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)耦合為剛性點(diǎn)force；約束剛性點(diǎn)mpc1?x、y兩個(gè)方向的自由度，約束剛性點(diǎn)mpc2?x、y、z三個(gè)方向的自由度，通過(guò)對(duì)剛性點(diǎn)force施加軸向載荷。

13、優(yōu)選的，所述步驟4中通過(guò)hypermesh將角接觸球軸承內(nèi)圈表面2mm網(wǎng)格單元分為10層單元集合，同時(shí)通過(guò)permas對(duì)每一層網(wǎng)格單元集合施加載荷。

14、優(yōu)選的，所述步驟5中通過(guò)permas設(shè)置未加載殘余應(yīng)力、加載殘余應(yīng)力兩個(gè)分析步。

15、優(yōu)選的，所述步驟6中滾動(dòng)體負(fù)荷qj為第j個(gè)鋼球與軸承套圈的接觸力，j∈[1,z]，z為鋼球的個(gè)數(shù)。

16、優(yōu)選的，所述步驟7中通過(guò)如下公式計(jì)算軸承的疲勞壽命：

17、

18、其中，cr為徑向基本額定動(dòng)載荷，dw為球公稱直徑，q為滾動(dòng)體載荷，qce為對(duì)應(yīng)于外圈或座圈基本額定動(dòng)載荷的滾動(dòng)體載荷，qci為對(duì)應(yīng)于內(nèi)圈或軸圈基本額定動(dòng)載荷的滾動(dòng)體載荷，qee為外圈或座圈上的滾動(dòng)體當(dāng)量動(dòng)載荷，qei為內(nèi)圈或軸圈上的滾動(dòng)體當(dāng)量動(dòng)載荷，qj為滾動(dòng)體j的載荷，re為外圈或座圈溝道半徑，ri為內(nèi)圈或軸圈溝道半徑，α為軸承公稱接觸角，l10r為軸承基本額定壽命。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、本方案建立了考慮軸承套圈表面殘余應(yīng)力因素的滾動(dòng)軸承接觸非線性有限元分析模型，模型充分考慮套圈變形和實(shí)際邊界條件，分析軸承套圈表面殘余壓應(yīng)力對(duì)滾動(dòng)體負(fù)載及壽命的影響規(guī)律，極大程度得提升了球軸承疲勞壽命的計(jì)算精度。進(jìn)而可通過(guò)對(duì)軸承套圈施加一定的殘余壓應(yīng)力進(jìn)而提高軸承的疲勞壽命，解決了薄壁角接觸球軸承增壽問(wèn)題，使薄壁角接觸球軸承的實(shí)際使用壽命延長(zhǎng)。利用permas有限元結(jié)果提取軸承套圈最大剪切應(yīng)力的深度和方向，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)角接觸球軸承的壽命進(jìn)行優(yōu)化，從而延長(zhǎng)軸承的壽命，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分巨大。

技術(shù)特征：

1.一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟1中運(yùn)用soildworks建立角接觸球軸承有限元模型，并對(duì)接觸區(qū)附近進(jìn)行網(wǎng)格加密。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟2中通過(guò)hypermesh設(shè)置角接觸球軸承的內(nèi)圈、外圈和鋼球三個(gè)接觸面，角接觸球軸承內(nèi)圈、外圈與鋼球之間的接觸狀態(tài)定義為面面接觸，在角接觸球軸承有限元模型對(duì)稱面施加對(duì)稱接觸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟3中將角接觸球軸承內(nèi)圈、外圈表面上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)分別耦合為剛性點(diǎn)mpc1、mpc2，將角接觸球軸承外圈施加力的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)耦合為剛性點(diǎn)force；約束剛性點(diǎn)mpc1?x、y兩個(gè)方向的自由度，約束剛性點(diǎn)mpc2?x、y、z三個(gè)方向的自由度，通過(guò)對(duì)剛性點(diǎn)force施加軸向載荷。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟4中通過(guò)hypermesh將角接觸球軸承內(nèi)圈表面2mm網(wǎng)格單元分為10層單元集合，同時(shí)通過(guò)permas對(duì)每一層網(wǎng)格單元集合施加載荷。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟5中通過(guò)permas設(shè)置未加載殘余應(yīng)力、加載殘余應(yīng)力兩個(gè)分析步。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟6中滾動(dòng)體負(fù)荷qj為第j個(gè)鋼球與軸承套圈的接觸力，j∈[1,z]，z為鋼球的個(gè)數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟7中通過(guò)如下公式計(jì)算軸承的疲勞壽命：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種考慮殘余應(yīng)力分布的球軸承疲勞壽命計(jì)算方法，建立了考慮軸承套圈表面殘余應(yīng)力因素的滾動(dòng)軸承接觸非線性有限元分析模型，模型充分考慮套圈變形和實(shí)際邊界條件，分析軸承套圈表面殘余壓應(yīng)力對(duì)滾動(dòng)體負(fù)載及壽命的影響規(guī)律，極大程度得提升了球軸承疲勞壽命的計(jì)算精度。進(jìn)而可通過(guò)對(duì)軸承套圈施加一定的殘余壓應(yīng)力進(jìn)而提高軸承的疲勞壽命，解決了薄壁角接觸球軸承增壽問(wèn)題，使薄壁角接觸球軸承的實(shí)際使用壽命延長(zhǎng)。利用Permas有限元結(jié)果提取軸承套圈最大剪切應(yīng)力的深度和方向，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)角接觸球軸承的壽命進(jìn)行優(yōu)化，從而延長(zhǎng)軸承的壽命，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分巨大。

技術(shù)研發(fā)人員：張文虎,李港,姜艷紅,徐俊,于高帥,周偉偉,郭帥
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