文档介绍：深沟球轴承运转过程动态特性有限元分析
林腾蛟荣崎李润方邵毅敏
(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆 400044)

摘要:综合考虑轴承径向载荷及转速的影响,应用 ANSYS/LS-DYNA 软件建立了深沟球轴承多体动力接触有限
元模型;以显式动力学有限元法为基础,采用全积分单元算法控制沙漏,设置质量缩放系数缩减计算时间,对内圈施加
不同转速时的深沟球轴承进行动力接触分析,得出了深沟球轴承运转过程的动态响应及滚动体的应力分布。滚动体的最
大和最小线速度分别出现在与内、外圈接触点上,各转速下滚动体与内圈接触的应力基本相同,滚动体与外圈接触的应
力随转速增高而相应增大,滚动体与外圈间接触力的波动大于内圈,而滚动体与保持架间的作用力较小。研究表明,
ANSYS/LS-DYNA 是分析轴承运转过程动力接触问题十分有效的工具。
关键词:球轴承;动力接触;显式算法;有限元分析
中图分类号: 文献标识码:A

滚动轴承具有摩擦力矩低、功率损耗小、维护方动力学有限元法对深沟球轴承进行动力接触分析,求
便、寿命长等特点,是应用极为广泛的重要机械基础解轴承的位移、速度、加速度及滚动体单元应力。
件。随着传动系统向高可靠和高速静音方向发展,对
1 深沟球轴承动力接触有限元模型
轴承的动力接触特性及振动噪声提出了愈来愈高的要
求。轴承几何尺寸
对滚动轴承的动力学分析始于 19 世纪 70 年代初。表 1 给出了计算模型采用的轴承尺寸参数[7]。
Walter首先提出动力学设计分析方法,考虑轴承整个表 1 轴承参数
运动过程,建立动力学方程组,利用积分公式求得任符号描述值
一瞬间滚动体和保持架的位置、转速及轴承的内部滑 B 轴承宽度 16 mm
D 球直径 9. 525 mm
动等。而后Gupta进一步作了系统研究,但他们提出的
D 轴承内径 30 mm
动力学设计方法难以取得准确的分析解,必须应用计 i
Do 轴承外径 62 mm
算机进行数值计算[1]。随着计算机技术的快速发展,
di 内滚道直径 36. 48 mm
有限元仿真分析已广泛应用于解决工程问题。目前均直径 46 mm
内外学者对滚动轴承的静力有限元分析较多,Yuan do 外滚道直径 55. 53 mm
Kang等借助接触有限元分析,修正了Jones和Harris提 ri 内滚道曲率半径 4. 905 mm
出的深沟球轴承载荷与变形的关系,并通过了试验验 re 外滚道曲率半径 4. 953 mm
接触角
证[2]。唐云冰等建立了滚动轴承载荷分布的有限元分α 0°
Z 球数目 9
析模型,分析了载荷参数对轴承接触应力、接触角和
变形的影响规律[3]。刘宁等应用ANSYS对轧机滚动轴单元类型选择及网格划分
承进行接触应力分析,得出内圈与滚子之间接触应力建立深沟球轴承动力分析模型时,选用 SOLID164
的分布情况[4]。而在滚动轴承动力学仿真方面,研究单元,采用自由网格和映射网格相结合的方法进行网
成果相对较少。李松生等利用数值方法对超高速电主格划分,滚动体和内外圈采用六面体单元,保持架采
轴轴承的内部动力