大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法技术

本申请公开了一种大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法，所述方法包括创建大型轴承整体有限元等效模型，进行轴承内圈与轴承外圈的相对变形仿真计算，以得到相对变形仿真数据；控制相对变形试验数据与相对变形仿真数据相吻合，以标定所述大型轴承整体有限元等效模型；创建大型轴承局部有限元模型，进行大型轴承局部有限元模型中的轴承外圈以及轴承内圈的应力应变仿真计算，以得到应力应变仿真数据；控制所述应力应变试验数据与应力应变仿真数据相吻合，以标定所述大型轴承局部有限元模型；通过对标定后的大型轴承整体有限元等效模型与大型轴承局部有限元模型进行多工况轴承变形与强度仿真分析。承变形与强度仿真分析。承变形与强度仿真分析。

【技术实现步骤摘要】
大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法


[0001]本申请涉及轴承静力学仿真分析
，特别涉及大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法。

技术介绍

[0002]由于轴承在工作过程中承受径向力、轴向力与倾覆力矩的共同作用，使得轴承静力学变得复杂，影响轴承运转的稳定性与寿命。因此，对轴承静力学分析是实现轴承高效与稳定运转的基础。目前，对轴承静力学分析主要包括三个方面内容：内轨道与外轨道相对变形分析；滚珠与轨道接触变形与接触应力分析；内轨道与外轨道强度分析，而轴承静力学分析方法主要包括两种方法：一是采用经验公式的数值分析方法；二是采用有限元仿真分析方法。由于轴承在工作过程中会产生摩擦、接触变形与温度变化等非线性特点，使得理论分析结果不能精确反映轴承真实静力学特性；现有基于有限元分析方法所构建的大型的滚珠
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轴承内圈
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轴承外圈整体有限元模型虽然可以克服理论分析方法的不足，但由于轴承中的滚珠数量较多，模型较大，需要考虑滚珠与轴承外圈、轴承内圈的接触问题，在采用大型的滚珠
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轴承内圈
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轴承外圈整体有限元模型在实际使用会存在如下缺陷：由于大型的滚珠
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轴承内圈
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轴承外圈整体有限元模型含有大量网格单元，并含有大量接触单元，而模型中的单元主要由滚珠网格单元组成，如果单元数量少的话，容易出现计算错误，而且仿真结果误差较大，需要采用大型计算机工作站才可以计算，往往需要1周时间才能计算完成1种工况，并且当接触参数与摩擦系数设置不合理时，计算很难收敛，结果误差也比较大，对模型的检查也变得困难，导致该方法在工程上很难推广。

技术实现思路

[0003]本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法，以解决现有轴承静力学分析方法计算效率与精度低，以及实用性与可操作性不强的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法，所述方法包括：
[0005]创建大型轴承整体有限元等效模型，并通过所述大型轴承整体有限元等效模型进行轴承内圈与轴承外圈的相对变形仿真计算，以得到相对变形仿真数据，其中，所述大型轴承整体有限元等效模型中的每个滚珠的有限元模型采用两根非线性弹簧单元代替，所述两根非线性弹簧单元为大型轴承整体有限元等效模型中的轴承外圈与轴承内圈间隙小于游隙时，非线性弹簧单元起作用，弹簧刚度为滚珠径向刚度；当大型轴承整体有限元等效模型中的轴承外圈与轴承内圈间隙大于游隙时，非线性弹簧单元不起作用，弹簧刚度为零；
[0006]调用相对变形试验数据，并控制所述相对变形试验数据与所述相对变形仿真数据相吻合，以标定所述大型轴承整体有限元等效模型；其中,所述相对变形试验数据通过在大型实体轴承的轴承内圈与轴承外圈上安装位移拉丝传感器采集获得；
[0007]创建大型轴承局部有限元模型，并通过所述大型轴承局部有限元模型以及标定后的大型轴承整体有限元等效模型的相对变形仿真数据作为激励输入进行大型轴承局部有限元模型中的轴承外圈以及轴承内圈的应力应变仿真计算，以得到应力应变仿真数据；其中,所述大型轴承局部有限元模型中的滚珠的有限元模型为滚珠网格有限元模型，所述滚珠与轴承内圈和轴承外圈间存在接触关系；
[0008]调用应力应变试验数据,并控制所述应力应变试验数据与应力应变仿真数据相吻合，以标定所述大型轴承局部有限元模型,其中,所述应力应变试验数据通过在大型实体轴承的轴承内圈以及轴承外圈上各布置一个应变片测量获得；
[0009]通过对标定后的大型轴承整体有限元等效模型与大型轴承局部有限元模型进行多工况轴承变形与强度仿真分析，并进行强度校核、疲劳计算以及寿命预测，以得到所述轴承的强度校核数据、疲劳计算数据以及寿命预测数据。
[0010]在一个实现方式中，所述创建大型轴承整体有限元等效模型具体包括：
[0011]创建轴承内圈、轴承外圈与单个滚珠的有限元模型，并通过所述单个滚珠的有限元模型进行滚珠径向刚度仿真计算，以得到滚珠径向刚度；
[0012]创建两根非线性弹簧单元，并控制两根非线性弹簧单元等效代替单个滚珠的有限元模型；
[0013]根据滚珠径向刚度设置两根非线性弹簧单元的弹簧刚度；
[0014]通过在单个滚珠的有限元模型与轴承外圈的有限元模型接触位置建立外圈连接节点，分别将外圈连接节点与轴承外圈接触区域的连接节点之间采用连接线相连；
[0015]通过在单个滚珠的有限元模型与轴承内圈的有限元模型接触位置建立内圈连接节点，分别将内圈连接节点与轴承内圈接触区域的连接节点之间采用连接线相连；
[0016]在外圈连接节点与内圈连接节点之间分别建立非线性弹簧，以形成大型轴承整体有限元等效模型。
[0017]在一个实现方式中，所述通过所述大型轴承整体有限元等效模型进行轴承内圈与轴承外圈的相对变形仿真计算，以得到相对变形仿真数据具体包括：
[0018]通过对所述大型轴承整体有限元等效模型添加约束，施加载荷；
[0019]通过所述大型轴承整体有限元等效模型获取轴承外圈与轴承内圈的变形数据，根据所述大型轴承整体有限元等效模型的轴承外圈与轴承内圈的变形数据计算轴承外圈与轴承内圈的相对变形仿真数据。
[0020]在一个实现方式中，所述调用相对变形试验数据，并控制所述相对变形试验数据与所述相对变形仿真数据相吻合，以标定所述大型轴承整体有限元等效模型具体包括：
[0021]根据大型实体轴承的轴承内圈与轴承外圈的相对变形试验数据调整等效非线性弹簧的安装角度，以使所述相对变形试验数据与所述相对变形仿真数据相吻合，以标定所述大型轴承整体有限元等效模型；
[0022]在一个实现方式中，所述创建大型轴承局部有限元模型具体包括：
[0023]创建1/10轴承内圈与1/10轴承外圈的局部有限元模型以及创建占滚珠总数量1/10滚珠的有限元模型；
[0024]分别创建滚珠的有限元模型与1/10轴承内圈的局部有限元模型、1/10轴承内圈的局部有限元模型的接触关系，并设置摩擦系数，以形成大型轴承局部有限元模型。
[0025]在一个实现方式中，所述通过所述大型轴承局部有限元模型以及标定后的大型轴承整体有限元等效模型的相对变形仿真数据作为激励输入进行大型轴承局部有限元模型中的轴承外圈以及轴承内圈的应力应变仿真计算，以得到应力应变仿真数据具体包括：
[0026]根据标定后的大型轴承整体有限元等效模型的相对变形仿真数据作为激励输入计算所述大型轴承整体有限元等效模型中的轴承内圈与轴承外圈的相对转角仿真数据；
[0027]通过对所述大型轴承局部有限元模型中的轴承中心位置处施加相对转角载荷，并约束所述大型轴承局部有限元模型中的轴承外圈位于螺栓孔处的节点自由度；
[0028]通过将所述相对转角仿真数据放入所述大型轴承局部有限元模型进行静本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法，其特征在于，所述方法包括：创建大型轴承整体有限元等效模型，并通过所述大型轴承整体有限元等效模型进行轴承内圈与轴承外圈的相对变形仿真计算，以得到相对变形仿真数据，其中，所述大型轴承整体有限元等效模型中的每个滚珠的有限元模型采用两根非线性弹簧单元代替，所述两根非线性弹簧单元为大型轴承整体有限元等效模型中的轴承外圈与轴承内圈间隙小于游隙时，非线性弹簧单元起作用，弹簧刚度为滚珠径向刚度；当大型轴承整体有限元等效模型中的轴承外圈与轴承内圈间隙大于游隙时，非线性弹簧单元不起作用，弹簧刚度为零；调用相对变形试验数据，并控制所述相对变形试验数据与所述相对变形仿真数据相吻合，以标定所述大型轴承整体有限元等效模型；其中,所述相对变形试验数据通过在大型实体轴承的轴承内圈与轴承外圈上安装位移拉丝传感器采集获得；创建大型轴承局部有限元模型，并通过所述大型轴承局部有限元模型以及标定后的大型轴承整体有限元等效模型的相对变形仿真数据作为激励输入进行大型轴承局部有限元模型中的轴承外圈以及轴承内圈的应力应变仿真计算，以得到应力应变仿真数据；其中,所述大型轴承局部有限元模型中的滚珠的有限元模型为滚珠网格有限元模型，所述滚珠与轴承内圈和轴承外圈间存在接触关系；调用应力应变试验数据,并控制所述应力应变试验数据与应力应变仿真数据相吻合，以标定所述大型轴承局部有限元模型,其中,所述应力应变试验数据通过在大型实体轴承的轴承内圈以及轴承外圈上各布置一个应变片测量获得；通过对标定后的大型轴承整体有限元等效模型与大型轴承局部有限元模型进行多工况轴承变形与强度仿真分析，并进行强度校核、疲劳计算以及寿命预测，以得到所述轴承的强度校核数据、疲劳计算数据以及寿命预测数据。2.根据权利要求1所述的大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法，其特征在于，所述创建大型轴承整体有限元等效模型具体包括：创建轴承内圈、轴承外圈与单个滚珠的有限元模型，并通过所述单个滚珠的有限元模型进行滚珠径向刚度仿真计算，以得到滚珠径向刚度；创建两根非线性弹簧单元，并控制两根非线性弹簧单元等效代替单个滚珠的有限元模型；根据滚珠径向刚度设置两根非线性弹簧单元的弹簧刚度；通过在单个滚珠的有限元模型与轴承外圈的有限元模型接触位置建立外圈连接节点，分别将外圈连接节点与轴承外圈接触区域的连接节点之间采用连接线相连；通过在单个滚珠的有限元模型与轴承内圈的有限元模型接触位置建立内圈连接节点，分别将内圈连接节点与轴承内圈接触区域的连接节点之间采用连接线相连；在外圈连接节点与内圈连接节点之间分别建立非线性弹簧，以形成大型轴承整体有限元等效模型。3.根据权利要求2所述的大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法，其特征在于，所述通过所述大型轴承整体有限元等效模型进行轴承内圈与轴承外圈的相对变形仿真计算，以得到相对变形仿真数据具体包括：通过对所述大型轴承整体有限元等效模型添加约束，施加载荷；通过所述大型轴承整体有限元等效模型获取轴承外圈与轴承内圈的变形数据，根据所
述大型轴承整体有限元等效模型的轴承外圈与轴承内圈的变形数据计算轴承外圈与轴承内圈的相对变形仿真数据。4.根据权利要求1所述的大型轴承静力学仿真分析的有限元等效建模方法，其特征在于，所述调用相对变形试验数据，并控制所述相对变形试验数据与所述相对变形仿真数据相吻合，以标定所述大型轴承整体有限元等效模型具体包括：根据大型实体轴承的轴承内圈与轴承外圈的相对变形试验数据调整等效非线性弹簧的安装角度，以使所述相对变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏楠，张宝，李和言，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：