一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法技术

一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，包括：步骤1、构建轴连轴承通用静力学模型；步骤2、基于轴连轴承通用静力学模型计算芯轴的变形量；步骤3、计算各滚动体列与滚道间的接触变形量，并且基于赫兹接触理论计算各滚动体列的受载量，得到各滚动体列的载荷方程组；步骤4、根据各滚动体列的受载量、各滚动体列的静态参数建立芯轴的静力平衡方程组；步骤5、联立芯轴的静力平衡方程组和各滚动体列的载荷方程组，利用牛顿‑拉夫逊数值分析方法对方程组迭代求解得出各滚动体列位置处的综合变形量，根据得出的综合变形量计算轴连轴承内部载荷分布情况。本发明专利技术通过精确计算轴连轴承的变形量，实现对轴连轴承受力情况的精确分析。

A Load Analysis Method of Composite Shaft Bearing Considering the Effect of Core Shaft Deformation

A load analysis method of combined shaft bearing considering the effect of mandrel deformation includes: step 1, establishing general static model of shaft bearing; step 2, calculating the deformation of mandrel based on general static model of shaft bearing; step 3, calculating the contact deformation between each rolling element and raceway, and calculating the load of each rolling element based on Hertz contact theory to obtain the load of each rolling element. Step 4: Establish the static balance equations of the mandrel according to the load of each rolling column and the static parameters of each rolling column; Step 5, the static balance equations of the joint mandrel and the load equations of each rolling column, and use Newton-Raphson numerical analysis method to iteratively solve the equations to obtain the comprehensive deformation at the position of each rolling column. The internal load distribution of the shaft bearing is calculated according to the comprehensive deformation. By accurately calculating the deformation of the shaft bearing, the present invention realizes the accurate analysis of the stress condition of the shaft bearing.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法
本专利技术涉及轴连轴承领域，具体的说是一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法。
技术介绍
轴连轴承是一种整体式轴承，主要由外圈、滚动体、保持架密封圈和芯轴组成。传统的轴连轴承按其滚动体的形状可以分为球-球型(WB型)和滚子-球型(WR型)两种基本结构。WB型轴连轴承适用于承受较小径向和轴向载荷的部分场合，而WR型轴连轴承既具有球轴承可承受径向载荷和轴向载荷的特点，又具有滚子轴承承受较大的径向载荷的优点，适用于较高载荷和一定冲击载荷的场合。与普通轴承相比，轴连轴承具有外形尺寸小、结构紧凑、安装方便、成本低廉等优点，目前广泛用于轿车、汽车、卡车等发动机等其他机械中。然而随着我国机械行业各类机械设备的不断更新换代，对作为各类机械冷却系统中重要部件的水泵的性能要求越来越高，就汽车水泵轴连轴承而言，由于汽车行业正朝着高转速、大承载、长寿命方向发展，传统的水泵轴承逐渐不能满足新的性能需求。针对这个问题，提出了一种两柱一球型(W2R型)新型轴连结构，和两球一柱型(W2B型)新型轴连结构。新型的轴连轴承性能优良，但是因为结构较为复杂，导致对其进行力学分析时非常困难，现有技术中的分析方法大多从传统轴连轴承的分析方法延伸而来，难以准确地表现出新型轴连轴承的实际受力情况和载荷分布。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，通过精确计算轴连轴承的变形量，实现对轴连轴承受力情况的精确分析。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，所述组合式轴连轴承包括芯轴、外圈和设置在芯轴与外圈之间的m个滚动体列，滚动体为钢球或滚子，所述方法包括如下步骤：步骤1、构建轴连轴承通用静力学模型；步骤2、基于轴连轴承通用静力学模型计算芯轴的变形量；步骤3、计算各滚动体列与滚道间的接触变形量，并且基于赫兹接触理论计算各滚动体列的受载量，得到各滚动体列的载荷方程组；步骤4、根据各滚动体列的受载量、各滚动体列的静态参数建立芯轴的静力平衡方程组；步骤5、联立芯轴的静力平衡方程组和各滚动体列的载荷方程组，利用牛顿-拉夫逊数值分析方法对方程组迭代求解得出各滚动体列位置处的综合变形量，根据得出的综合变形量计算轴连轴承内部载荷分布情况。所述步骤1中，构建轴连轴承通用静力学模型的具体步骤包括：步骤1.1、将所述滚动体等效为能够承受轴向载荷、径向载荷和力矩的弹簧；步骤1.2、构建(x,y,z)三轴坐标系，三轴坐标系的原点在所述芯轴的轴线上，并且所有的所述滚动体列均位于原点的一侧，三轴坐标系的x轴和y轴定义在芯轴的截面上，三轴坐标系的z轴定义为芯轴的轴线，并且z轴的正方向为从原点到滚动体列的方向；步骤1.3、定义如下参数：lj(1≤j≤m)、第j滚动体列中心到原点的轴向距离；Fjx(1≤j≤m)、第j滚动体列在x轴方向的径向载荷分量；Fjy(1≤j≤m)、第j滚动体列在y轴方向的径向载荷分量；Fjz(1≤j≤m)、第j滚动体列在z轴方向的轴向载荷；Mjx(1≤j≤m)、第j滚动体列在x轴方向的力矩分量；Mjy(1≤j≤m)、第j滚动体列在y轴方向的力矩分量；ai(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷到原点的轴向距离；Pix(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在x轴方向的分量；Piy(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在y轴方向的分量；Piz(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在z轴方向的分量；Tix(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在x轴方向的力矩分量；Tiy(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在y轴方向的径向力倾斜弯矩分量。所述步骤2中的具体方法包括：步骤2.1、计算芯轴上对应各滚动体列中心截面处的弯矩：式中，Mx为芯轴任意轴向位置处截面上绕x轴的弯矩，My为芯轴任意轴向位置处截面上绕y轴的弯矩，z为芯轴任意轴向位置截面中心到零点的轴向距离；步骤2.2、利用积分法计算芯轴上对应各滚动体列中心截面处的转角方程和挠度方程：式中，EI表示芯轴的抗弯刚度，C1j～C4j为积分常数，下标x、y表示沿着x、y方向的转角或挠度，αx、αy、ωx和ωy即为芯轴的变形量。所述步骤3的具体方法包括：步骤3.1、根据变形协调原则将芯轴在各滚动体列中心截面处的变形转化为滚动体列的变形，并计算两个边界条件：当z＝ls(1≤s≤m-1)时，当z＝ls+1(1≤s≤m-1)时，式中，θ和δ分别芯轴在为各列滚动体列中心截面位置处的转角变形量和位移变形量；步骤3.2、将第一个边界条件代入到芯轴的转角方程和挠度方程中以计算各积分常数：步骤3.3、将各积分常数和第二个边界条件代入到转角方程和挠度方程中，计算芯轴在各滚动体列中心截面处的接触变形量，接触变形量包括转角变形量和位移变形量：步骤3.4、根据所述步骤2.5计算滚动体列中心截面处的径向力和力矩：式中，s表示边界条件所在滚动体列编号；θsx、θsy分别为第s列滚动体位置内圈相对外圈绕x轴和y轴的最大角位移量，δsx、δsy分别为第s列滚动体位置内圈相对外圈沿着x轴和y轴的最大位移量；θ(s+1)x、θ(s+1)y分别为第(s+1)列滚动体位置内圈相对外圈绕x轴和y轴的最大角位移量，δ(s+1)x、δ(s+1)y分别为第(s+1)列滚动体位置内圈相对外圈沿着x轴和y轴的最大位移量。有益效果：1、本专利技术考虑了轴承芯轴的倾角、挠度以及滚子列的倾覆力矩等因素，建立了精确的通用型轴连轴承静力学模型；2、本专利技术根据外部载荷、受载位置、受载变形及边界条件等推导出了轴承各列滚动体所受载荷的计算公式，对于此类轴承的载荷计算时，可以直接将已知参数代入公式计算，使其载荷计算变得模式化、通用化；3、本专利技术在建模过程中对滚子列和钢球列受载变形分析过程中的处理方法，可以为其他类型轴承的研究提供参考和借鉴。附图说明图1是不同结构轴连轴承示意图；图2是轴连轴承通用静力学模型示意图；图3是滚子-滚道受载变形示意图；图4是钢球-沟道受载变形示意图；图5是本实施例中径向载荷对不同结构轴承变形量影响图；图6是Romax与本专利技术模型验证结果比较图。具体实施方式下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1至3，一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，组合式轴连轴承包括芯轴、外圈和设置在芯轴与外圈之间的m个滚动体列，滚动体为钢球或滚子，方法包括步骤1至5。步骤1、构建轴连轴承通用静力学模型，具体步骤包括步骤1.1至1.3。步骤1中，构建轴连轴承通用静力学模型的具体步骤步骤1.1至1.3。步骤1.1、将滚动体等效为能够承受轴向载荷、径向载荷和力矩的弹簧。步骤1.2、构建(x,y,z)三轴坐标系，三轴坐标系的原点在芯轴的轴线上，并且所有的滚动体列均位于原点的一侧，三轴坐标系的x轴和y轴定义在芯轴的截面上，三轴坐标系的z轴定义为芯轴的轴线，并且z轴的正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，所述组合式轴连轴承包括芯轴、外圈和设置在芯轴与外圈之间的m个滚动体列，滚动体为钢球或滚子，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1、构建轴连轴承通用静力学模型；步骤2、基于轴连轴承通用静力学模型计算芯轴的变形量；步骤3、计算各滚动体列与滚道间的接触变形量，并且基于赫兹接触理论计算各滚动体列的受载量，得到各滚动体列的载荷方程组；步骤4、根据各滚动体列的受载量、各滚动体列的静态参数建立芯轴的静力平衡方程组；步骤5、联立芯轴的静力平衡方程组和各滚动体列的载荷方程组，利用牛顿‑拉夫逊数值分析方法对方程组迭代求解得出各滚动体列位置处的综合变形量，根据得出的综合变形量计算轴连轴承内部载荷分布情况。

【技术特征摘要】
1.一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，所述组合式轴连轴承包括芯轴、外圈和设置在芯轴与外圈之间的m个滚动体列，滚动体为钢球或滚子，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1、构建轴连轴承通用静力学模型；步骤2、基于轴连轴承通用静力学模型计算芯轴的变形量；步骤3、计算各滚动体列与滚道间的接触变形量，并且基于赫兹接触理论计算各滚动体列的受载量，得到各滚动体列的载荷方程组；步骤4、根据各滚动体列的受载量、各滚动体列的静态参数建立芯轴的静力平衡方程组；步骤5、联立芯轴的静力平衡方程组和各滚动体列的载荷方程组，利用牛顿-拉夫逊数值分析方法对方程组迭代求解得出各滚动体列位置处的综合变形量，根据得出的综合变形量计算轴连轴承内部载荷分布情况。2.如权利要求1所述的一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，其特征在于：所述步骤1中，构建轴连轴承通用静力学模型的具体步骤包括：步骤1.1、将所述滚动体等效为能够承受轴向载荷、径向载荷和力矩的弹簧；步骤1.2、构建(x,y,z)三轴坐标系，三轴坐标系的原点在所述芯轴的轴线上，并且所有的所述滚动体列均位于原点的一侧，三轴坐标系的x轴和y轴定义在芯轴的截面上，三轴坐标系的z轴定义为芯轴的轴线，并且z轴的正方向为从原点到滚动体列的方向；步骤1.3、定义如下参数：lj(1≤j≤m)、第j滚动体列中心到原点的轴向距离；Fjx(1≤j≤m)、第j滚动体列在x轴方向的径向载荷分量；Fjy(1≤j≤m)、第j滚动体列在y轴方向的径向载荷分量；Fjz(1≤j≤m)、第j滚动体列在z轴方向的轴向载荷；Mjx(1≤j≤m)、第j滚动体列在x轴方向的力矩分量；Mjy(1≤j≤m)、第j滚动体列在y轴方向的力矩分量；ai(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷到原点的轴向距离；Pix(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在x轴方向的分量；Piy(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在y轴方向的分量；Piz(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在z轴方向的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛荣军，汪永刚，汪静静，张建虎，邓四二，张占立，倪艳光，王恒迪，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41