一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法技术

本申请公开了一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法，包括以下步骤：步骤S1：获取转盘轴承所受载荷，确定受载最大的滚动体所在位置；步骤S2：建立转盘轴承整体有限元模型，其中，受载最大位置处的滚动体采用实体模型，其余滚动体采用非线性弹簧等效；步骤S3：对建立好的转盘轴承有限元模型施加外部载荷，开展仿真计算；步骤S4：获取有限元计算结果，分析转盘轴承整体载荷分布状态及局部应力分布状态。本申请通过对受载最大处的滚动体采用实体模型以及对其余滚动体采用非线性弹簧等效的方式，实现一次仿真计算就可准确而高效地获取转盘轴承整体载荷分布状态及局部应力分布状态。部应力分布状态。部应力分布状态。

【技术实现步骤摘要】
一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法


[0001]本专利技术涉及轴承
，具体地，涉及一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法。

技术介绍

[0002]转盘轴承是一种能够同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩的大型回转支承，具备支承、旋转、传动等功能，其结构紧凑、性能优越，被广泛用于掘进机、船舶等工程机械结构中。由于转盘轴承的工作环境恶劣，运行工况复杂，需要确保其服役过程的安全稳定。因此，在设计阶段对转盘轴承进行全面的载荷及应力状态分析至关重要。
[0003]基于有限元的数值分析法是目前针对复杂结构计算的主要方法，但考虑到转盘轴承的尺寸较大，滚动体数量多，滚动体/滚道接触复杂，若直接建立实体模型进行计算，则网格化过程非常复杂且涉及到的网格数量多，进而导致后续计算工作量极大，收敛速度缓慢，甚至发生不收敛现象，既浪费计算资源又不能保证计算结果的准确性。
[0004]基于此，一些学者尝试引入非线性桁架、非线性弹簧等，将所有滚动体等效为上述结构，可省去对滚动体网格划分的过程，减少了模型网格数量，在保证计算结果精度的前提下简化了计算过程，取得了一定效果。然而，目前所用的滚动体等效计算方法都是用于分析转盘轴承的整体载荷分布状况，如需对受载后滚动体及滚道的局部应力分布状态进行深入分析，则需重新建立局部滚道/滚动体接触模型，而所构建局部模型的载荷加载方式、滚道/滚动体接触方式已被简化处理过，因此计算结果不足以反应整体模型中滚道/滚动体的接触状态，导致针对局部应力的分析结果存在一定偏差。
[0005]因此，本领域亟需一种新的可解决上述偏差问题的转盘轴承建模分析方法。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法，实现对转盘轴承整体载荷以及局部最大承载处的应力分布状态的准确高效获取。本申请的技术方案如下：
[0007]一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法，所述转盘轴承中设置若干滚动体，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤S1：获取转盘轴承所受载荷，确定受载最大的滚动体所在位置；
[0009]步骤S2：建立转盘轴承整体有限元模型，其中，受载最大位置处的滚动体采用实体模型，其余滚动体采用非线性弹簧等效；
[0010]步骤S3：对建立好的转盘轴承有限元模型施加外部载荷，开展仿真计算；
[0011]步骤S4：获取有限元计算结果，分析转盘轴承整体载荷分布状态及局部应力分布状态。
[0012]在一些具体的实施例中，在所述步骤S2)之前，需通过有限元分析或实验方法获取
非线性弹簧的非线性刚度系数曲线，并确定用于等效单个滚动体的非线性弹簧数量。
[0013]在一些具体的实施例中，非线性弹簧的非线性刚度系数曲线及数量的获取过程为：
[0014]建立滚子/滚道有限元接触模型以及空间直角坐标系，对滚子/滚道有限元接触模型进行网格划分；
[0015]根据实际工况分别对滚道及滚子在x轴、y轴和z轴方向的自由度进行约束或释放；
[0016]对滚道施加载荷，模拟分析滚子在不同载荷下的变形量，获取用于等效滚子的非线性弹簧的非线性刚度系数曲线；
[0017]根据转盘轴承的尺寸及受载特性，确定滚子等效为N根等距分布的非线性弹簧。
[0018]在一些具体的实施例中，所述网格划分的单元类型为C3D8I单元。
[0019]本申请提供的技术方案至少具有如下有益效果：
[0020]1、本申请方法通过对部分滚动体进行非线性弹簧等效处理，将部分滚动体的变形量转化为弹簧的变形量，极大地简化了滚动体的网格划分过程并减少了模型网格数量，减少了计算工作量，提高了计算效率；同时又对受载最大处的滚动体采用实体模型并进行网格精细化处理，提高了计算精度，确保获取的局部应力分布状态的准确性；即本申请方法实现了在保证仿真结果准确性的前提下增强了模型的收敛性。
[0021]2、本专利技术通过一次仿真计算就可同时获取转盘轴承的整体载荷分布状态和受载最大滚动体处局部应力状态，无需再单独建立滚道/滚动体局部模型对轴承局部应力状态进行分析，避免了滚道/滚动体局部模型在建模、仿真过程产生的误差，保证了轴承局部应力分布状态结果的准确性。
附图说明
[0022]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，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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。
[0023]图1为本申请实施例所提供的基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法的流程图；
[0024]图2为本申请实施例中应用本专利技术方法的三排圆柱滚子转盘轴承的轴向剖视图(仅示出部分)；
[0025]图3为本申请实施例中建立的滚子/滚道有限元接触模型图；
[0026]图4为本申请实施例中用于等效滚子的非线性弹簧的非线性刚度系数曲线图；
[0027]图5为本申请实施例中简化后的滚子/滚道接触模型图；
[0028]图中，1、内圈，2、第一外圈，3、第二外圈，4、主推滚子，5、径向滚子，6、辅推滚子，7、非线性弹簧。
具体实施方式
[0029]为了便于理解本申请，下面将结合说明书附图和较佳的实施例对本申请中的技术方案作更全面、细致地描述，但本申请的保护范围并不限于以下具体的实施例，基于本申请
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它实施例，均属于本申请保护的范围。
[0030]需要特别说明的是，当某一元件被描述为与另一元件存在“固定、固接、连接或连通”关系时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
[0031]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本申请的保护范围。
[0032]实施例
[0033]参见图2，本申请中的分析对象为典型的三排圆柱滚子转盘轴承，所述转盘轴承包括沿径向设置的内圈1和外圈，所述外圈包括沿轴向设置的第一外圈2和第二外圈3，其中所述第二外圈3相比于第一外圈2更靠近作业面(例如刀盘)设置，所述第一外圈2与第二外圈3通过螺栓固定连接，工作过程中，外圈整体固定不动而内圈1转动。
[0034]沿远离作业面的方向，在所述内圈1和外圈之间沿轴向依次设置辅推滚子6、径向滚子5和主推滚子4，所述主推滚子4位于第一外圈2与内圈1之间，所述辅推滚子6位于第二外圈3与内圈1之间，所述径向滚子5位于第一外圈2和第二外圈3的交界处，各个滚子均为圆柱形，所述主推滚子4和辅推滚子6的滚动轴与转盘轴承的中心轴线垂直，所述径向滚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法，所述转盘轴承中设置若干滚动体，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1：获取转盘轴承所受载荷，确定受载最大的滚动体所在位置；步骤S2：建立转盘轴承整体有限元模型，其中，受载最大位置处的滚动体采用实体模型，其余滚动体采用非线性弹簧等效；步骤S3：对建立好的转盘轴承有限元模型施加外部载荷，开展仿真计算；步骤S4：获取有限元计算结果，分析转盘轴承整体载荷分布状态及局部应力分布状态。2.根据权利要求1所述的基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法，其特征在于，在所述步骤S2)之前，需通过有限元分析或实验方法获取非线性弹簧的非线性刚度系数曲线，并确定用于等效单个滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，彭正阳，陈浩林，廖金军，许正根，麻成标，吴鹏，李正祥，王永胜，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：