一种角接触球轴承接触刚度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种角接触球轴承接触刚度测量方法及系统，属于轴承刚度测量领域，本方案考虑了润滑效应，并且通过角接触球轴承润滑接触刚度和接触角的耦合迭代计算，得到符合精度阈值的滚动体与内圈的接触角和滚动体与外圈的接触角，提高了测量的准确性，可为轴承参数设计和寿命估算提供更为精确的技术参数。设计和寿命估算提供更为精确的技术参数。设计和寿命估算提供更为精确的技术参数。

【技术实现步骤摘要】
一种角接触球轴承接触刚度测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及轴承刚度测量领域，特别是涉及一种角接触球轴承接触刚度测量方法及系统。

技术介绍

[0002]角接触球轴承是航空发动机传动系统及滑油系统中的核心支承部件，其在润滑作用下，滚动体与内/外圈间形成油膜，若采用传统的基于干摩擦的Hertz接触刚度计算模型，则不能考虑润滑效应对接触角及接触刚度的影响，会对轴承接触刚度计算及动力学行为分析带来较大偏差，也就无法获得准确的轴承载荷分布及寿命预测。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种角接触球轴承接触刚度测量方法及系统，考虑了润滑效应，提高了测量的准确性，可为轴承参数设计和寿命估算提供更为精确的技术参数。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种角接触球轴承接触刚度测量方法，所述计算方法包括：
[0006]获取角接触球轴承的系数、几何参数、力学参数、速度参数以及材料和润滑油参数；所述系数包括：第一拖动系数，第二拖动系数、油膜刚度系数和载荷-变形系数；所述几何参数包括：滚动体直径、轴承节圆直径、滚动体的方位角、内外圈沟道曲率半径和滚动体与内外圈接触椭圆的长半轴；所述力学参数包括：滚动体的离心力、滚动体的陀螺力矩、内圈轴向载荷和内圈径向载荷；所述速度参数包括：内圈转速、滚动体的公转速度和滚动体自转速度；所述材料和润滑油参数包括：滚动体与套圈的综合弹性模量和润滑油环境粘度；
[0007]根据所述系数、所述几何参数、所述力学参数、所述速度参数以及所述材料和润滑油参数，利用滚动体接触角计算模型得到滚动体与内圈的接触角和滚动体与外圈接触角，利用滚动体接触微几何区模型得到滚动体在滚动方向的综合曲率半径，利用滚动体接触微区速度模型得到滚动体在滚动方向的卷吸速度；所述滚动体在滚动方向的综合曲率半径包括：滚动体与内圈在滚动方向的综合曲率半径和滚动体与外圈在滚动方向的综合曲率半径；所述滚动体在滚动方向的卷吸速度包括：滚动体与内圈在滚动方向的卷吸速度和滚动体与外圈在滚动方向的卷吸速度；
[0008]根据所述滚动体在滚动方向的综合曲率半径和所述滚动体在滚动方向的卷吸速度，利用滚动体接触刚度计算模型得到滚动体的接触刚度；所述滚动体的接触刚度包括：滚动体与内圈的接触刚度和滚动体与外圈的接触刚度；
[0009]判断所述滚动体与内圈的接触角、所述滚动体与外圈接触角和滚动体的接触刚度是否满足精度阈值；若判断结果为是，则
[0010]根据所述滚动体与内圈的接触角和所述滚动体与外圈接触角，利用滚动体总接触刚度计算模型得到滚动体的总接触刚度；所述滚动体的总接触刚度包括：滚动体的轴向接触刚度和滚动体的径向接触刚度；
[0011]根据所述滚动体的总接触刚度，利用轴承刚度计算模型得到轴承的刚度；所述轴承的刚度包括：轴承的轴向刚度和轴承的径向刚度。
[0012]可选的，所述滚动体接触角计算模型为：
[0013][0014]其中，α
ij
为滚动体与内圈的接触角，α
oj
为滚动体与外圈的接触角；Q
ij
为滚动体与内圈的接触载荷，Q
oj
为滚动体与外圈的接触载荷；λ
ij
为第一拖动系数，λ
oj
为第二拖动系数；D为滚动体直径；F
cj
为滚动体的离心力；M
gj
为滚动体的陀螺力矩；F
a
为内圈轴向载荷；F
r
为内圈径向载荷；ψ
j
为滚动体的方位角；
[0015]所述滚动体接触微区速度模型为：
[0016][0017]其中，R
biyj
为滚动体与内圈在滚动方向的综合曲率半径，R
boyj
为滚动体与外圈在滚动方向的综合曲率半径；D
m
为轴承节圆直径；
[0018]所述滚动体接触微区速度模型为：
[0019][0020]其中：u
biyj
为滚动体与内圈在滚动方向的卷吸速度，u
boyj
为滚动体与外圈在滚动方向的卷吸速度；ω
i
为内圈转速；ω
m
为滚动体的公转速度；ω
xbj
为滚动体自转速度在x轴上的分量，ω
zbj
为滚动体自转速度在z轴上的分量，C
Rij
为滚动体几何中心到滚动体与内圈接触椭圆表面的距离，C
Roj
为滚动体几何中心到滚动体与外圈接触椭圆表面的距离，其表达式为：
[0021][0022]其中：R
ij
为内圈沟道曲率半径，R
ij
为外圈沟道曲率半径；a
ij
为滚动体与内圈接触椭圆的长半轴，a
oj
为滚动体与外圈接触椭圆的长半轴。
[0023]可选的，所述滚动体接触刚度计算模型为：
[0024][0025]其中，k
cj
为滚动体与Hertz接触区的Hertz接触刚度，k
fj
为滚动体与Hertz接触区的油膜刚度；k
efj
为滚动体与接触微区滑油入口的油膜刚度；k
j
为滚动体的接触刚度，即Hertz接触刚度和油膜刚度的综合刚度；k
nj
为载荷-变形系数；δ
ej
为滚动体的弹性变形量；C
j
为油膜刚度系数；E'
j
为滚动体与套圈的综合弹性模量；R
yj
滚动体在滚动方向的综合曲率半径；U
j
为无量纲速度参数；G
j
为无量纲材料参数；η0为润滑油环境粘度；a
j
为滚动体接触椭圆的长半轴；h
minj
为滚动体接触微区的最小油膜厚度；u
yj
为滚动体在滚动方向的卷吸速度。
[0026]可选的，所述滚动体总接触刚度计算模型为：
[0027][0028]其中，k
ij
为滚动体与内圈的接触刚度，k
oj
为滚动体与外圈的接触刚度，k
ij
、k
oj
由滚动体接触刚度计算模型分别对滚动体与内/外圈的接触微区计算得到；k
aj
为滚动体的轴向接触刚度，k
rj
为滚动体的径向接触刚度，α
ij
为滚动体与内圈的接触角，α
oj
为滚动体与外圈接触角。
[0029]可选的，所述轴承刚度计算模型为：
[0030][0031]其中，K
a
为轴承的轴向刚度，K
r
为轴承的径向刚度，k
aj
为滚动体的轴向接触刚度，k
rj
为滚动体的径向接触刚度，ψ
j
为滚动体的方位角。
[0032]可选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种角接触球轴承接触刚度测量方法，其特征在于，所述计算方法包括：获取角接触球轴承的系数、几何参数、力学参数、速度参数以及材料和润滑油参数；所述系数包括：第一拖动系数，第二拖动系数、油膜刚度系数和载荷-变形系数；所述几何参数包括：滚动体直径、轴承节圆直径、滚动体的方位角、内外圈沟道曲率半径和滚动体与内外圈接触椭圆的长半轴；所述力学参数包括：滚动体的离心力、滚动体的陀螺力矩、内圈轴向载荷和内圈径向载荷；所述速度参数包括：内圈转速、滚动体的公转速度和滚动体自转速度；所述材料和润滑油参数包括：滚动体与套圈的综合弹性模量和润滑油环境粘度；根据所述系数、所述几何参数、所述力学参数、所述速度参数以及所述材料和润滑油参数，利用滚动体接触角计算模型得到滚动体与内圈的接触角和滚动体与外圈接触角，利用滚动体接触微几何区模型得到滚动体在滚动方向的综合曲率半径，利用滚动体接触微区速度模型得到滚动体在滚动方向的卷吸速度；所述滚动体在滚动方向的综合曲率半径包括：滚动体与内圈在滚动方向的综合曲率半径和滚动体与外圈在滚动方向的综合曲率半径；所述滚动体在滚动方向的卷吸速度包括：滚动体与内圈在滚动方向的卷吸速度和滚动体与外圈在滚动方向的卷吸速度；根据所述滚动体在滚动方向的综合曲率半径和所述滚动体在滚动方向的卷吸速度，利用滚动体接触刚度计算模型得到滚动体的接触刚度；所述滚动体的接触刚度包括：滚动体与内圈的接触刚度和滚动体与外圈的接触刚度；判断所述滚动体与内圈的接触角、所述滚动体与外圈接触角和滚动体的接触刚度是否满足精度阈值；若判断结果为是，则根据所述滚动体与内圈的接触角和所述滚动体与外圈接触角，利用滚动体总接触刚度计算模型得到滚动体的总接触刚度；所述滚动体的总接触刚度包括：滚动体的轴向接触刚度和滚动体的径向接触刚度；根据所述滚动体的总接触刚度，利用轴承刚度计算模型得到轴承的刚度；所述轴承的刚度包括：轴承的轴向刚度和轴承的径向刚度。2.根据权利要求1所述的角接触球轴承接触刚度测量方法，其特征在于，所述滚动体接触角计算模型为：其中，α
ij
为滚动体与内圈的接触角，α
oj
为滚动体与外圈的接触角；Q
ij
为滚动体与内圈的接触载荷，Q
oj
为滚动体与外圈的接触载荷；λ
ij
为第一拖动系数，λ
oj
为第二拖动系数；D为滚动体直径；F
cj
为滚动体的离心力；M
gj
为滚动体的陀螺力矩；F
a
为内圈轴向载荷；F
r
为内圈径向载荷；ψ
j
为滚动体的方位角；所述滚动体接触微区速度模型为：
其中，R
biyj
为滚动体与内圈在滚动方向的综合曲率半径，R
boyj
为滚动体与外圈在滚动方向的综合曲率半径；D
m
为轴承节圆直径；所述滚动体接触微区速度模型为：其中：u
biyj
为滚动体与内圈在滚动方向的卷吸速度，u
boyj
为滚动体与外圈在滚动方向的卷吸速度；ω
i
为内圈转速；ω
m
为滚动体的公转速度；ω
xbj
为滚动体自转速度在x轴上的分量，ω
zbj
为滚动体自转速度在z轴上的分量，C
Rij
为滚动体几何中心到滚动体与内圈接触椭圆表面的距离，C
Roj
为滚动体几何中心到滚动体与外圈接触椭圆表面的距离，其表达式为：其中：R
ij
为内圈沟道曲率半径，R
ij
为外圈沟道曲率半径；a
ij
为滚动体与内圈接触椭圆的长半轴，a
oj
为滚动体与外圈接触椭圆的长半轴。3.根据权利要求1所述的角接触球轴承接触刚度测量方法，其特征在于，所述滚动体接触刚度计算模型为：其中，k
cj
为滚动体与Hertz接触区的Hertz接触刚度，k
fj
为滚动体与Hertz接触区的油膜刚度；k
efj
为滚动体与接触微区滑油入口的油膜刚度；k
j
为滚动体的接触刚度，即Hertz接触刚度和油膜刚度的综合刚度；k
nj
为载荷-变形系数；δ
ej
为滚动体的弹性变形量；C
j
为油膜刚度系数；E'
j
为滚动体与套圈的综合弹性模量；R
yj
滚动体在滚动方向的综合曲率半径；U
j
为无量纲速度参数；G
j
为无量纲材料参数；η0为润滑油环境粘度；a
j
为滚动体接触椭圆的长半轴；h
minj
为滚动体接触微区的最小油膜厚度；u
yj
为滚动体在滚动方向的卷吸速度。4.根据权利要求1所述的角接触球轴承接触刚度测量方法，其特征在于，所述滚动体总接触刚度计算模型为：
其中，k
ij
为滚动体与内圈的接触刚度，k
oj
为滚动体与外圈的接触刚度，k
ij
、k
oj
由滚动体接触刚度计算模型分别对滚动体与内/外圈的接触微区计算得到；k
a
为滚动体的轴向接触刚度，k
r
为滚动体的径向接触刚度，α
ij
为滚动体与内圈的接触角，α
oj
为滚动体与外圈接触角。5.根据权利要求1所述的角接触球轴承接触刚度测量方法，其特征在于，所述轴承刚度计算模型为：其中，K
a
为轴承的轴向刚度，K
r
为轴承的径向刚度，k
aj
为滚动体的轴向接触刚度，k
rj
为滚动体的径向接触刚度，ψ
j
为滚动体的方位角。6.根据权利要求1所述的角接触球轴承接触刚度测量方法，其特征在于，所述计算方法还包括：判断所述滚动体与内圈的接触角、所述滚动体与外圈接触角和滚动体的接触刚度是否满足精度阈值；若判断结果为否，则根据所述滚动体的接触刚度，利用滚动体接触载荷计算模型得到滚动体的接触载荷；所述滚动体的接触载荷包括：滚动体与内圈的接触载荷和滚动体与外圈的接触载荷；更新所述滚动体接触角计算模型的滚动体的接触载荷，重新计算滚动体与内圈的接触角和滚动体与外圈接触角、滚动体在滚动方向的综合曲率半径和滚动体在滚动方向的卷吸速度。7.根据权利要求6所述的角接触球轴承接触刚度测量方法，其特征在于，所述滚动体接触载荷计算模型为：其中，k
ij
为滚动体与内圈的接触刚度，k
oj
为滚动体与外圈的接触刚度；δ
eij
为滚动体与内圈的弹性变形量，δ
eoj
为滚动体与外圈的弹性变形量；h
minij
为滚动体与内圈的最小油...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆凤霞，赵志强，王涛，鲍和云，靳广虎，朱如鹏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：