基于空心圆柱滚子接触变形量和载荷分布的轴承参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空心圆柱滚子接触变形量和载荷分布的轴承参数优化方法，包括以下步骤：S1：根据工况要求，初步计算空心圆柱滚子轴承的内外圈尺寸、滚动体数目、滚动体空心度及轴承径向游隙的设计参数；S2：计算空心圆柱滚子轴承载荷分布：S3：将通过S1和S2计算出的空心圆柱滚子轴承载荷分布计算结果与滚动体载荷的许用值进行对比分析，对不符合规定的轴承进行参数优化。本方法通过对轴承的各项参数进行计算和测量将不符合规定的参数进行进一步优化，从而保证轴承的生产和设计符合国家标准。

Optimization method of bearing parameters based on contact deformation and load distribution of hollow cylindrical roller

The invention discloses a hollow cylindrical roller based on the amount of contact and load distribution of bearing deformation parameter optimization method, which comprises the following steps: S1: according to the requirements of working conditions, a preliminary calculation of hollow cylindrical roller bearing inner ring, rolling body size, number of rolling hollow degree and bearing radial clearance design parameters; S2: Calculation of hollow cylindrical roller bearing load distribution: S3: S1 and S2 calculated by the hollow cylindrical roller bearing load distribution calculation results and rolling load a comparative analysis with value, does not meet the requirements for bearing parameter optimization. Through the calculation and measurement of the parameters of the bearing, the parameters which are not conform to the requirements are further optimized, so as to ensure the production and design of the bearing conform to the national standard.

【技术实现步骤摘要】
基于空心圆柱滚子接触变形量和载荷分布的轴承参数优化方法
本专利技术涉及空心圆柱滚子轴承荷载分布
，尤其涉及基于空心圆柱滚子接触变形量和载荷分布的轴承参数优化方法。
技术介绍
空心圆柱滚子轴承作为一种新型轴承，由于其预负荷安装工艺简单，且可满装滚子和空心滚子始终受有预载荷，因而具有高回转精度、高刚度、高极限转速及高承载能力等优点，特别适合于高速重载场合。迄今为止，虽然国内外学者在空心圆柱滚子轴承的理论研究方面做了大量工作，并取得了许多有意义的成果，然而也存在许多需要完善的地方。目前为了优化和改善轴承的各项参数我们首先需要测量和计算轴承的多种参数信息如：轴承的装配高值、旋转速度、轴承的端面跳动值、轴承的外径摆动值以及轴承的载荷信息，通过对上述参数信息的测量和计算将不达标的轴承参数进行进一步的优化和改良，从而保证轴承的各项参数达到生产和使用要求。然而现有技术中在计算空心圆柱滚子轴承的载荷分布时候都沿用实心圆柱滚子的接触变形量来计算，计算公式中并没有考虑空心度对接触变形量的影响情况，因而会导致轴承载荷分布的计算结果误差较大，因此造成工作人员花费大量的时间和精力优化出的轴承参数存在不准确的现象。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了基于空心圆柱滚子接触变形量和载荷分布的轴承参数优化方法包括以下步骤：S1：根据工况要求，初步计算空心圆柱滚子轴承的内外圈尺寸、滚动体数目、滚动体空心度及轴承径向游隙的设计参数；S2：计算圆柱滚子轴承载荷分布：S21：根据滚子的接触变形理论提出计入空心度来计算空心圆柱滚子接触变形量δc，分析空心度与空心圆柱滚子接触变形量δc的关系；S22：建立空心圆柱滚子接触变形量的有限元模型，采用有限元分析软件对空心圆柱滚子的接触变形量进行物理仿真，验证S1中计入空心度计算空心圆柱滚子接触变形量δc的正确性；S23：根据空心圆柱滚子的接触变形量的有限元计算结果，结合滚子的接触变形理论，计算空心圆柱滚子接触变形量δc；S24：根据S23中提出的空心圆柱滚子接触变形量的计算方法推算空心圆柱滚子与轴承内外圈的载荷变形关系式，进而根据变形协调条件完成对空心圆柱滚子轴承载荷分布的求解；S3：将通过S1和S2计算出的空心圆柱滚子轴承载荷分布计算结果与滚动体载荷的许用值进行对比分析，对不符合规定的轴承进行参数优化。所述空心度与空心圆柱滚子接触变形量δc的关系为δc＝f(λ,q,r,hr)式中，λ＝2(1-μ2)/πE，μ和E分别为滚子材料的泊松比和弹性模量，q为作用在空心圆柱滚子上的线载荷，r为空心圆柱滚子的外圆半径，hr为空心圆柱滚子的空心度，hr＝ri/r，ri为空心圆柱滚子的内孔圆半径。空心圆柱滚子接触变形量δc采用如下方式计算：式中，系数k的大小根据有限元计算结果进行确定。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的基于空心圆柱滚子接触变形量和载荷分布的轴承参数优化方法，通过对轴承的各项参数进行计算和测量将不符合规定的参数进行进一步优化，从而保证轴承的生产和设计符合国家标准。尤其是在计算轴承的载荷分布方面:在根据滚子的接触变形理论，提出计入空心度的空心圆柱滚子接触变形量计算方法。然后，应用有限元物理仿真方法验证所提计算方法的正确性，在对大量空心圆柱滚子接触变形量有限元计算结果进行深入分析研究基础上，结合滚子的接触变形理论，确定了空心圆柱滚子的接触变形量计算方法，最后推算空心圆柱滚子与轴承内外圈的载荷变形关系式，进而根据变形协调条件完成对空心圆柱滚子轴承载荷分布的求解。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为某半径空心圆柱滚子的有限元网格模型。图2为某半径空心圆柱滚子在不同空心度时，其接触变形量随载荷的变化情况。图3为某半径空心圆柱滚子的接触变形量试验结果和本专利技术方法计算结果的对比。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：一种基于空心圆柱滚子接触变形量和载荷分布的轴承参数优化方法，具体步骤为：S1：根据工况要求，初步计算空心圆柱滚子轴承的内外圈尺寸、滚动体数目、滚动体空心度及轴承径向游隙的设计参数；S2：计算圆柱滚子轴承载荷分布：S21：根据滚子的接触变形理论提出计入空心度来计算空心圆柱滚子接触变形量δc，分析空心度与空心圆柱滚子接触变形量δc的关系；S22：建立空心圆柱滚子接触变形量的有限元模型，采用有限元分析软件对空心圆柱滚子的接触变形量进行物理仿真，验证S1中计入空心度计算空心圆柱滚子接触变形量δc的正确性；S23：根据空心圆柱滚子的接触变形量的有限元计算结果，结合滚子的接触变形理论，计算空心圆柱滚子接触变形量δc；S24：根据S23中提出的空心圆柱滚子接触变形量的计算方法推算空心圆柱滚子与轴承内外圈的载荷变形关系式，进而根据变形协调条件完成对空心圆柱滚子轴承载荷分布的求解；S3：将通过S1和S2计算出的空心圆柱滚子轴承载荷分布计算结果与滚动体载荷的许用值进行对比分析，对不符合规定的轴承进行参数优化。所述空心度与空心圆柱滚子接触变形量δc的关系为δc＝f(λ,q,r,hr)式中，λ＝2(1-μ2)/πE，μ和E分别为滚子材料的泊松比和弹性模量，q为作用在空心圆柱滚子上的线载荷，r为空心圆柱滚子的外圆半径，hr为空心圆柱滚子的空心度，hr＝ri/r，ri为空心圆柱滚子的内孔圆半径。在对大量空心圆柱滚子接触变形量有限元计算结果进行深入分析研究的基础上，发现了空心度对接触变形量的影响规律，结合滚子的接触变形理论，确定了空心圆柱滚子的接触变形量计算公式为：上式中，系数k的大小，需要根据有限元计算结果进行确定。对空心圆柱滚子进行压缩试验，验证了所提出的空心圆柱滚子接触变形量公式的正确性和极高的计算精度。通过我们对轴承参数信息和计算和测量，将不符合国家国定的参数项对轴承进行进一步的改良和生产改进保证轴承的合格生产和安全使用。实施例：轴承是标准件，而关于其优化设计只有针对某型号轴承才更有意义。因而根据工况条件，本实施例中所采用某型号轴承的基本参数为：内圈滚道半径Ri＝27.5mm，外圈滚道半径Ro＝37.5mm，滚动体数目Z＝14，滚动体半径r＝5mm，滚动体有效长度l＝9.6mm。根据哈里斯的轴承理论可以计算出上述型号轴承滚动体的额定动载荷为而轴承滚动体的许用载荷可根据具体工况确定，本例中以滚动体额定动载荷的15％来计算许用滚动体载荷，也即许用滚动体载荷Qrc0＝Qrc*15％＝1921N。图1为空心圆柱滚子的受载有限元网格模型，空心圆柱滚子的接触变形量为4点位移减掉3点位移与2点位移减掉1点位移之和，然而由于结构对称，显然4点位移与3点位移之差和2点位移与1点位移之差这两个量是相等的，等于δc/2。图2为半径为r＝5mm的空心圆柱滚子在不同空心度时的接触变形量随载荷(图2和图3中，q0均为1280N/mm)变化的有限元计算结果。图2中，r5-0代表的是实心圆柱滚子的接触变形量有限本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于空心圆柱滚子接触变形量和载荷分布的轴承参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据工况要求，初步计算空心圆柱滚子轴承的内外圈尺寸、滚动体数目、滚动体空心度及轴承径向游隙的设计参数；S2：计算空心圆柱滚子轴承载荷分布：S21：根据滚子的接触变形理论提出计入空心度来计算空心圆柱滚子接触变形量δc，分析空心度与空心圆柱滚子接触变形量δc的关系；S22：建立空心圆柱滚子接触变形量的有限元模型，采用有限元分析软件对空心圆柱滚子的接触变形量进行物理仿真，验证S1中计入空心度计算空心圆柱滚子接触变形量δc的正确性；S23：根据空心圆柱滚子的接触变形量的有限元计算结果，结合滚子的接触变形理论，计算空心圆柱滚子接触变形量δc；S24：根据S23中提出的空心圆柱滚子接触变形量的计算方法推算空心圆柱滚子与轴承内外圈的载荷变形关系式，进而根据变形协调条件完成对空心圆柱滚子轴承载荷分布的求解；S3：将通过S1和S2计算出的空心圆柱滚子轴承载荷分布计算结果与滚动体载荷的许用值进行对比分析，对不符合规定的轴承进行参数优化。

【技术特征摘要】
1.基于空心圆柱滚子接触变形量和载荷分布的轴承参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据工况要求，初步计算空心圆柱滚子轴承的内外圈尺寸、滚动体数目、滚动体空心度及轴承径向游隙的设计参数；S2：计算空心圆柱滚子轴承载荷分布：S21：根据滚子的接触变形理论提出计入空心度来计算空心圆柱滚子接触变形量δc，分析空心度与空心圆柱滚子接触变形量δc的关系；S22：建立空心圆柱滚子接触变形量的有限元模型，采用有限元分析软件对空心圆柱滚子的接触变形量进行物理仿真，验证S1中计入空心度计算空心圆柱滚子接触变形量δc的正确性；S23：根据空心圆柱滚子的接触变形量的有限元计算结果，结合滚子的接触变形理论，计算空心圆柱滚子接触变形量δc；S24：根据S23中提出的空心圆柱滚子接触变形量的计算方法推算空心圆柱滚子与轴承内外圈的载荷变形关系式，进而根据变形协调条件完成对空心圆柱滚子轴承载荷分布的求解；S3：将通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彦奎，魏延刚，关天民，何卫东，张秀娟，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21