薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明:在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。

舰船角接触轴承的加速寿命动力学模型研究

以舰船四点角接触球轴承为研究对象,以轴承加速寿命为目标,在滚动轴承动力学、赫兹接触理论及弹性流体动力润滑理论基础上,综合考虑轴承各元件间相互作用、钢球与保持架间碰撞、轴承润滑状态等关键因素,建立四点接触球轴承动力学微分方程组,采用S-R变步长自适应积分算法求解动力学方程组。结合滚动轴承加速寿命理论,以动力学分析结果为边界输入,基于材料本构关系,使用Ansys以及nCode有限元分析软件建立四点角接触球轴承保持架疲劳寿命估计模型,根据确定的强化因子,采用改变负荷和转速的形式完成对轴承疲劳寿命的评估。研究表明,当量动负荷对轴承加速寿命的影响最大,其次是轴向负荷;转速和径向负荷对轴承加速寿命影响最小;转速对保持架寿命的影响最大。

特大型双排四点接触球轴承承载能力的研究

给出特大型双排四点接触球轴承承载曲线的精确计算方法.绘制其静承载曲面,并对精确静承载曲线及简化静承载曲线进行比较.分析轴承游隙、沟曲率半径系数及原始接触角对静承载曲线的影响.结果表明：随着轴承负游隙绝对值的增大,轴承所能承受的最大倾覆力矩增大,最大轴向力减小.游隙在-0.2～0 mm范围内取值,对轴承承载能力的影响较小.沟曲率半径系数对轴承承载能力影响较大,随着轴承沟曲率半径系数的增大,轴承静承载能力减小.随径向力增加,轴承承载能力随接触角增大先增大后减小.

负游隙对特大型双排四点接触球轴承载荷分布的影响

给出负游隙双排四点接触球轴承接触载荷分布的计算模型。采用Newton–Raphson法计算了某型号双排四点接触球轴承在联合载荷时不同负游隙下的接触载荷分布情况,分析负游隙与轴承接触载荷分布的关系,并与经验公式的计算结果进行对比。结果表明:计算模型正确合理。随着负游隙绝对值增大,发生4点接触的钢球数越多,直到所有钢球都发生4点接触;轴承中最大接触载荷随负游隙绝对值的增大先减小后增大。双排四点接触球轴承上排钢球与滚道接触的最大接触载荷比下排球与滚道接触的最大接触载荷大。

薄壁四点接触球轴承接触问题有限元分析

基于Ansys有限元软件,提出薄壁四点接触球轴承的逐级梯度细化接触区域的单元网格划分方法。建立等截面薄壁四点接触球轴承1/2单个滚动体与套圈及整个轴承有限元模型。计算分析了网格单元尺寸对四点接触球轴承接触特性的计算精度影响,求解整个轴承有限元模型在静径向力下的载荷分布规律,获得了薄壁四点接触球轴承较为精确的椭圆接触区域形状和四点接触状态。研究表明:对于接触特性计算,网格划分单元尺寸近似于接触椭圆短半轴的50%时便可以得到较精确计算结果,对于薄壁四点接触球轴承,钢球与内、外圈滚道的接触应力、等效应力和接触变形与径向载荷呈非线性递增关系,接触应力大小和载荷分布的计算结果与赫兹接触理论计算值具有较好的一致性。计算结果较为精确的模拟了薄壁四点接触球轴承的接触特性和载荷分布规律。

四点接触球轴承摩擦力矩特性分析

介绍了2种四点接触球轴承的摩擦力矩理论计算模型,采用不同模型计算同型号的轴承,对比分析可知,造成计算值差异的关键因素在于是否考虑轴承内部的几何结构参数。在考虑几何结构参数的计算模型中,影响最突出的是轴承实际接触角。还分析了加工精度对四点接触球轴承的实际接触角及其摩擦力矩的影响,并通过试验进行了验证。

负游隙四点接触球轴承的刚度计算

分析了负游隙四点接触球轴承分别承受纯径向和纯轴向载荷时的载荷分布,根据Hertz理论的载荷与变形关系,推导出了负游隙四点接触球轴承径向和轴向刚度的计算公式,以QJ1830轴承为例进行了分析计算,并对正、负游隙时轴承的刚度进行了对比,结果显示负游隙时轴承的径向和轴向刚度均得到提高。

工业机器人用薄壁四点接触球轴承的设计分析

针对工业机器人用薄壁四点接触球轴承特殊的结构和性能要求,从主参数的确定,结构参数的选取以及有限元分析等方面,对该轴承设计上需特殊考虑的问题进行了分析。

双排非对称四点接触球转盘轴承刚度分析

随着轴承空间限制和高承载能力的目标要求,对传统负游隙对称型(初始接触角α01=α02=45°)双排四点接触球转盘轴承进行改进,提出负游隙非对称型接触角设计(α01为35°~60°,α02为90°-α01),并基于赫兹接触理论和滚动轴承设计方法建立负游隙非对称双排四点接触轴承的力学模型。结果表明:随着单向载荷轴向力Fa、径向力Fr和倾覆力矩M增加,主刚度在开始阶段基本呈下降趋势,随着单向载荷的增加非线性上升,负游隙的影响使得轴承的刚度变化曲线存在一个临界拐点;初始阶段随着轴向负游隙量的增加,轴承的初始预紧刚度都得到明显提高,但随着载荷的增加负游隙对轴承刚度的影响逐渐减弱,最终基本趋于一致;单向载荷条件下,当轴向负游隙为-0.03 mm和非对称接触角取α01=55°,α02=35°时,其综合轴承刚度最好;综合外载工况下,负游隙取-0.03 mm和非对称接触角取α01=60°,α02=30°或α01=35°,α02=55°时轴承综合刚性最佳。从提高轴承综合刚性角度考虑,非对称接触角设计和负游隙都可以起到明显效果。

偏航轴承寿命及螺栓强度校核实例

偏航轴承的寿命及螺栓强度是决定风力发电机偏航系统质量的两大关键参数,通过实例详细介绍了基于Hertz弹性接触理论的偏航轴承寿命计算过程以及螺栓强度校核过程。

变桨轴承微动磨损分析与沟道参数确定

在交变和振动载荷的作用下,风力发电机组变桨轴承的主要失效形式为钢球和沟道之间的微动磨损。分析了变桨轴承微动磨损产生的原因、损伤形式及微动运行模式,为降低变桨轴承的微动磨损,通过试验对其沟道参数的取值进行了研究。结果表明:变桨轴承的沟道曲率半径系数为0.53左右,初始接触角为45°左右时,可提高变桨轴承的抗微动磨损能力,减缓沟道微动磨损损伤。

负游隙四点接触球轴承的摩擦力矩计算

对四点接触球轴承的内部几何关系进行分析,得到负游隙的计算方法,同时分析负游隙状态下套圈变形对球与沟道间接触载荷的影响,最后根据能量守恒定律得到摩擦力矩的分析计算方法。为对该方法进行验证,以空载状态下的薄壁四点接触球轴承QJ1830为例进行了摩擦力矩试验,结果表明:游隙越小,摩擦力矩的理论计算值与实测值的误差越小,当游隙小于-6μm时,误差小于30%。

滚道形状对四点接触球轴承力学性能的影响

涡轮钻具用四点接触球轴承为特殊设计的非标轴承,其在恶劣的工况下高速旋转,需承受较大的轴向载荷和轻微的径向载荷,是涡轮钻具中最薄弱的环节,直接影响着涡轮钻具的性能和工作寿命。用Pro/E对涡轮钻具轴承滚道和钢球的接触进行三维建模后,利用ANSYS分析了轴向力作用下轴承内部的接触状态和不同形状滚道下钢球的变化和磨损,讨论了轴向力、滚道形状与钢球各参数之间的关系,从而得出了最佳滚道形状。

特大型四点接触球轴承沟曲率半径系数的设计方法

沟曲率半径系数是轴承设计中一个重要的设计参数,对轴承的承载能力和疲劳寿命有较大影响。目前为止,特大型四点接触球轴承沟曲率半径系数的设计依靠经验取值,缺乏设计依据,由此设计出来的轴承不能保证满足承载能力的要求。给出了特大型四点接触球轴承精确静承载曲线的绘制方法,提出了根据特大型四点接触球轴承精确静承载曲线设计轴承沟曲率半径系数的方法并给出了相应的设计流程,同时还给出了此类轴承疲劳寿命的计算方法。给出的沟曲率半径系数设计方法能够精确设计特大型四点接触球轴承的沟曲率半径系数,设计出的轴承一定满足轴承承载能力的要求及较高疲劳寿命的要求。此外,该设计方法可提高轴承的设计效率,并为轴承沟曲率半径系数设计方法的发展提供理论基础。

基于赫兹理论的大型负游隙四点接触球轴承的接触分析

给出了用赫兹接触理论对大型负游隙四点接触球轴承进行接触分析的方法,并以3-645K转盘轴承为例,计算空载时不同负游隙下钢球与内、外圈滚道之间的法向接触压力。结果表明:轴承4个接触点处的接触载荷随负游隙绝对值的增大而增大,负游隙的微小变化对接触力的影响很大。

四点接触球转盘轴承沟道形状与游隙关系特性分析

研究了四点接触球转盘轴承沟道形状对游隙的影响,着重讨论了沟道形状对负游隙四点接触球转盘轴承的游隙以及启动力矩的影响,并设计了相关试验,验证了理论分析的正确性。

变桨转盘轴承额定疲劳寿命计算

提出了特大型双排四点接触球转盘轴承在径向、轴向载荷和倾覆力矩联合作用下疲劳寿命的计算方法,基于静力学建立了变桨轴承载荷分布的分析模型,得到轴承在不同游隙及载荷下的接触载荷,然后根据Lund-berg-Palmgren理论,计算出各个套圈的当量滚动体载荷,由套圈的额定滚动体载荷和当量滚动体载荷计算出各个沟道的额定寿命,进而计算得到变桨轴承内、外圈的疲劳寿命及整个轴承的疲劳寿命,并分析了轴承额定寿命与轴承游隙及沟曲率半径之间的关系。结果表明:随着轴承负游隙绝对值增大,轴承额定寿命先增大后减小;轴承沟曲率半径系数越大,疲劳寿命越小。

四点接触球轴承接触角对接触应力的影响初探

根据接触力学理论,应用有限元方法对四点接触球轴承接触角对接触应力的影响进行了研究,对五组不同接触角的四点接触球轴承进行分析.结果表明,在相同载荷条件下的四点接触球轴承,当接触角不同时对应的接触应力也会有所改变,当接触角为15°时,接触应力最小,研究结果可为四点接触球轴承的设计与应用提供参考.

四点接触球轴承疲劳寿命与频域振动关系

为研究疲劳寿命周期内四点接触球轴承的频域振动特性,在常速恒定载荷工况下运用轴承模拟试验机对其进行了测试分析。结果表明:轴承在磨损初期和中期,振动加速度谱峰值均较小;内圈首先发生疲劳破坏,其故障频率和相邻的峰值点存在近似的倍频关系;得到了轴承疲劳寿命值;通过分析轴承振动加速度幅值谱,可以提高轴承故障诊断的准确性以及工作效率。

一种四点接触球轴承桃形沟参数测量方法

基于四点接触球轴承桃形沟沟道与球的位置关系,提出了一种沟道参数间接测量方法,解决了桃形沟沟曲率半径和沟曲率中心偏心距的测量问题,利用SolidWorks的尺寸驱动功能对上述方法进行了反向验算,结果具有较高的准确度。