文献综述
滚动轴承内外圈受力特性及分析
摘要：轴承的载荷分布直接影响服役刚度、润滑情况和疲劳寿命，是高端轴承研究的重要内容之一。长期工作在高转速和重载荷情况下的滚动轴承常呈现应力过大、温升过高等特点，发生擦伤、烧伤等失效，严重的还会带来轴承卡死抱轴等严重后果。为此，对高速滚动轴承作了大量的结构及材料方面的改进和创新，然而快速提升的苛刻工况条件已经逼近了现有材料的使用极限。有限元分析技术的应用,对于缩短产品开发周期、提高产品质量、降低制造成本、增强企业竞争力具有重要意义。利用大型有限元分析软件 ANSYS，以滚动轴承内外圈为研究对象，用 pro/E 对某型滚动轴承内外圈进行三维建模。利用 ANSYS 对内外圈进行强度和刚度分析。从而获得内外圈的等效应力分布和等效位移分布规律。并根据分析结果，对结构进行优化。为结构的合理设计和优化提供有效的依据。
关键词：有限元分析 滚动轴承内外圈 ANSYS 静态 模态
进入 21 世纪，众多工业发达国家对轴承研究给予了高度重视，进行了大量、深入与系统的研究，并且取得了丰富的成果。从轴承力学模型的发展来看，滚动轴承的力学模型分析经历了静力学分析、拟动力学分析、动力学分析三个阶段。应用弹流润滑理论标志着静力学分析方法的深入。拟动力学分析方法能够解决运动参数分析，基本满足工程需要，但还不能完全描述轴承的动态性能。轴承动力学模型分析方法最能真是描述其动力学特性，但由于各个工况下轴承动态特性的复杂性，以及其它一些因素所带来的困难，滚动轴承的动力学分析理论尚不完善，需要进一步的研究与扩展。Pro/E 技术为轴承设计仿真奠定了基础 ,在此基础上发展起来的虚拟设计具有良好的仿真功能。轴承工作时由于滚动体的滚动而产生的离心力极大地影响了轴承的疲劳寿命, 限制了轴承的最大转速。滚动轴承力学模型研究历史漫长，科学家付出了巨大的艰辛和努力。1881年，赫兹提出的经典赫兹理论进行滚动轴承力学分析。点接触时，假设轴承滚动体与内、外圈的接触区域为椭圆，接触区应力呈半椭球体分布，并通过半逆解法求出了接触问题的理论解，奠定了滚动轴承静力学分析基础[1]Stribeck第一次应用赫兹理论建立了球轴承的静力学分析模型[2]，并导出钢球的径向载荷F和最大载荷Amax之间的关系。Palmgren等人对轴承在轴向、径向力矩载荷作用下的变形和滚动体的载荷分布做了分析[3]。后来，Jones创立了高速运转状态下球轴承的套圈控制理论[4]。Pasdari 从运动学的角度对带有中空结构的深沟球轴承进行了仿真[5]。目前，国内对滚动轴承仿真的研究考虑的不够全面，还未做出根据实际工况全面的实现仿真，但也取得了一定的成就。沈成武等人与1982年利用代数方程集的分段法对轴承做了平面接触的有限元分析[6]，由于局限于当时计算机计算量和存储量，他采用二维平面应变代替三维空间应变，所以计算接触与实际情况存在误差。1992年，李元科等人为了能进一步得到负荷实际情况的结果[7]，运用空间子结构法对轴承进行了有限元分析，得到了轴承刚度方程的解。1997年，杨咸启在热流平衡原理的基础上对轴承系统的温度场进行了计算机仿真[8]，并编制了分析软件SYBTEM。滚动轴承的计算机辅助分析越来越受到重视，沈阳航空发动机研究所、洛阳轴承研究所及许多高校都展开了相关研究，成功研发出的航空发动机主轴上轴承分析程序RODTAN和ROQDAN己投入航空发动机主轴轴承的研究[9]。目前，三维状态下滚动轴承的力学分析在我国研究的还不够全面，动态下滚动轴承各部件的力学特性还有待进一步的深入研究。轴承的精确仿真，利于促进我国轴承技术水平的发展。1997 年日本 NSK 公司开发了滚动轴承分析软件 BRAIN[10]。虚拟设计是基于计算机建模和仿真的设计技术。它强调在产品投入生产之前, 将产品的设计、分析、测试、制造等过程在计算机构造的虚拟开发环境中进行数字化模拟 ,并完成产品在设计研制阶段要解决的问题, 即完成产品的概念设计、实体造型, 并在虚拟出的产品上进行功能和产品工作性能的仿真, 其结果用于修改设计。使得设计出的轴承结构与以往的内部结构的轴承相比 ,在几何参数上使滚动体尺寸增大和数目增多 ;在性能参数上使轴承的额定动载荷与静载荷有较大幅度提高,产生了新一代更加强大的结构轴承。滚动轴承由于加工过程中载荷分布是动态的 Prabhu 等使用计算机, 采用自适应调度策略优化(ASSO)来进行工序的并行仿真 ,其功能可根据加工时具体情况自动选取一种最适宜的加工策略,从而保证低成本地满足加工精度的要求[11]。轴承工作性能的好坏对整机性能有很大影响。因此, 对轴承的工作情况进行监测与故障诊断显得越来越重要。梅宏斌等人根据轴承在运行过程中出现各种典型故障时振动信号的基本特征, 利用轴承新的诊断理论与小波分析方法开发了轴承工况监测与故障诊断系统[12]。国研究者 Howard 创造了在计算机上处理轴承高频信号的数字法[13] 。该方法能根据滚动轴承所受的冲击载荷拾取其高频信号 , 并能保证尽早发现破损,评估其发展和识别破损源。利用系统仿真技术,可通过分析实际轴承系统的振动特征来控制系统内各零件的尺寸偏差和形位偏差, 从而为降低轴承振动提供设计依据。1993 年赵联春根据轴承工作表面几何偏差对振动的影响及用户对轴承振动值的要求 , 对零件的几何偏差提出了相应的要求, 制订了零件工作表面波纹度激振谐波分量的幅值控制线[14]。夏新涛等研制了轴承磨削表面谐波仿真与控制系统 HIS[15]。系统主要功能有:资料生成、参数优化、仿真预测和误差诊断等。该系统主要作用是为实施磨削表面谐波的工艺过程控制提供了一种有效手段。刘春浩等针对圆形偏差谐波分量激振力对角接触球轴承所建立的振动方程的解析结果使用计算机进行了模拟[16] 。1998 年陈国定等在考虑表面粗糙度效应条件下,进行了航空高速滚子轴承动力学分析,着重讨论了高速轴承在运行过程中膜厚比和表面粗糙纹理参数对轴承组件动力学特性的影响[17]。目前仿真技术已经应用在轴承产品开发、分析与设计、制造和检测等过程中,成为不可缺少的工具。 但尚有一些问题有待于进一步研究和发展。近年来，接触问题越来越复杂，许多不同形状的物体、不同结构相接触，还要考虑物体的蠕变、弹塑性等因素的变化，考虑接触面得摩擦力、滑动、物体惯性等等[18]，这些都给接触问题的分析带来了一定的困难。分析接触问题的困难之处是由于它是非线性问题，然而经典弹性力学解决的是线性问题。当下，接触问题成为结构力学、弹性力学、固体力学等分支学科交叉研究的热点，吸引了不少学者的关注。计算机的发展对接触问题的研究有很大的帮助，但是仍有一些问题难以解决。所以，接触问题的分析需要进一步的探索与研究。
参考文献:
- Hertz H. On the contact of elastic solids[J].J.Reine and Angew.Math.,1881,92.
- Stribeck, R. Ball Bearings for Various Loads[J].ASME Trancactions,1907,29.
- Palmgren,A. Ball and Roller Bearing Engineering,S.H.Burbankamp;Co, Philadelphia ,1945,2.
- Jones A B. Ball Motion and Sltiding Friction in Ball Bearing[J].Trans ASME Journal of Basic Engineering,1959,81.
5、Pasdari M .Computer Modeling of a Deep -Groove Ball Bearing with Hollw Balls .Wear , 1986 , 111(1):101～ 104
6、沈成武.滚动轴承接触问题的有限元分析[J].固体力学学报,1982,2:106～111
7、李元科，胡子进.滚动轴承空间有限元分析的子结构法[J].轴承，1992,3 :2～7
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
