基于静力学的双层滚动轴承建模分析研究

基于静力学理论,对双层滚动轴承的建模进行分析。首先,利用Hertz接触理论对双层滚动轴承进行了理论分析,计算了其滚珠与沟道接触时的应力与变形;其次,分别在有限元软件中对双层滚动轴承单元模型和1/2模型进行静力学分析,模拟了滚珠与沟道接触表面的应力场;再次,将两个模型的有限元结果与Hertz接触理论进行对比。研究结果表明:在接触处网格密度一致的情况下,单元模型计算的结果更接近于Hertz接触的理论值,但对于求解需滚动体数量的场合不适用,1/2模型结果与单元模型相差不大,适合于需滚动体数量的场合,研究结果为双层滚动轴承的结构优化设计提供了模型计算参考。

基于响应面法的双级串联轴承结构优化设计

双级串联轴承相比传统的单级轴承具有极限转速高、使用寿命长等优点,但双级串联轴承相比单级轴承增加了一级轴承结构,导致整体质量较大,限制了很多场合的应用。针对此问题,对双级串联轴承结构进行优化设计。通过有限元分析,得到轴承等效应力、接触应力和整体温升情况,并采用响应面法对各设计变量进行局部灵敏度分析,确定并筛选出与目标函数相关性较高的参数。以轴承质量、疲劳寿命和温升为优化目标,以球径、球数和沟曲率半径系数为设计变量,通过多目标遗传算法对双级串联轴承进行多目标优化设计,从而得到双级串联轴承最优内部几何参数,并根据优化结果搭建试验装置进行了试验验证。优化结果表明:优化后双级串联轴承质量减轻10.47%,最大接触应力减小9.11%,最大等效应力减小6.45%,最大温度增大1.9%,所提优化方法为双级串联轴承结构设计及航空场合的拓展应用提供理论依据。

基于乌龟壳结构的仿生球轴承静力学仿真分析

为了减轻轴承滚动体的质量,通过分析仿生乌龟壳的层状结构,提出了一种三层材料滚动体的仿生球轴承结构。首先,对符合赫兹理论的实心球轴承进行了接触应力的计算;然后,利用Workbench软件对实心球轴承进行了静力学仿真,得到了在误差允许范围内的仿真值与理论值;最后,利用该分析流程对不同中间层厚度滚动体的仿生球轴承进行了静力学分析,并将其与实心球轴承进行了相应的对比分析。研究结果表明:随着滚动体中间层厚度的增加,仿生球轴承的最大接触应力呈现出非线性下降趋势,且应力均低于实心球轴承;仿生球轴承的最大等效应力呈现出先减小、再增大的趋势;在设计的仿真试验中,当滚动体中间层厚度为5.0 mm时,仿生球轴承的最大等效应力最低,且低于实心球轴承;该研究结果可以为球轴承滚动体的结构设计提供理论依据。