薄壁球轴承性能分析及优化设计有限元软件开发

利用VB和APDL对ANSYS进行二次开发,通过输入几何、工况等参数,实现柔性或刚性支承下薄壁球轴承的力学性能分析,并增加基于正交试验的结构优化设计模块,以疲劳寿命、刚度及综合性能为优化目标,实现对薄壁轴承的结构优化,并通过试验验证其正确性。

外圈断裂式薄壁球轴承

对外圈断裂式薄壁球轴承进行了较深入的分析 ,特别是对断裂槽深度进行了深入的工艺试验 ,并给出了最小有效过盈量的计算公式。附图 3幅 ,参考文献 3篇。

CBN砂轮磨削薄壁球轴承内圈滚道的试验研究

提出了用立方氮化硼(CBN)砂轮代替传统的微晶刚玉砂轮磨削薄壁球轴承内圈滚道的方法,探讨了不同工艺参数对工件表面粗糙度和圆度精度的影响。试验结果表明,当CBN砂轮粒度变细时,可以明显改善磨削表面粗糙度,而对工件圆度值的影响较小;随着进给量增大,加工表面粗糙度值和滚道圆度误差值均增大;随着磨削速比降低加工表面粗糙度值增大。得出了最佳工艺参数为:磨削速比值v工/v砂=1/24,磨削进给量0.6 mm/min,砂轮粒度80#;其加工效果为:滚道圆度值由4μm稳定降低至2.5μm范围内,表面粗糙度由Ra 0.42μm降低至Ra 0.28μm,尺寸一致性提高37%,无烧伤现象;生产率比微晶刚玉磨削提高40倍以上,砂轮耐用度提高50倍以上。

立方氮化硼砂轮磨削薄壁球轴承内圈滚道的研究

提出用立方氮化硼(CBN)砂轮代替传统的白刚玉砂轮磨削薄壁球轴承内圈滚道的方法,确定了砂轮的特性,对CBN砂轮的修整方式和修整比进行深入的研究并设计了砂轮的修整装置。使用情况表明,薄壁球轴承内圈滚道的磨削精度和表面质量明显提高,滚道圆度误差值由3μm稳定降低到2μm范围内,表面粗糙度由Ra0.4μm降低至Ra0.2μm,尺寸一致性好,无烧伤现象;生产率比白刚玉磨削提高40倍以上,且砂轮耐用度提高50倍以上。

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。

薄壁深沟球轴承负荷分布及寿命研究

经典滚动轴承负荷分布的研究大多基于刚性套圈支承的假设,但用于柔性套圈支承的薄壁轴承存在较大误差。基于有限元分析软件ANSYS建立了薄壁深沟球轴承三维有限元分析模型,考虑外圈受载后弯曲变形对滚动体负荷分布的影响,分析载荷参数,轴孔配合间隙及滚动体个数等对轴承滚动体负荷及寿命的影响规律,分析结果与实验结果吻合度较高,说明运用该有限元方法对柔性支承套圈轴承进行性能分析是合理的,为进一步的性能分析及结构优化提供可靠的参考依据。

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。

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。

薄壁深沟球轴承套圈端面和外径磨削的难点与改进措施

分析薄壁轴承的结构特点和加工难点,提出了一些改进措施,以某型薄壁深沟球轴承外圈磨削加工为例,针对出现的套圈端面平面度、外径圆形偏差超差问题,通过更换设备,采取各种加工调整方法等,解决了薄壁套圈的加工难题,满足了工艺精度要求。

基于RomaxCLOUD的薄壁角接触球轴承优化设计及性能分析

基于RomaxCLOUD对某薄壁角接触球轴承进行优化设计,提出了薄壁角接触球轴承的多目标优化方法,建立了以刚度、最小油膜厚度、寿命为目标的优化数学模型,并对优化后轴承的性能进行仿真分析。将RomaxCLOUD计算结果与有限元解进行对比,结果表明RomaxCLOUD的计算结果与有限元解具有一致性,且求解耗时更短。

薄壁深沟球轴承模态特性分析

以SKF 61808薄壁深沟球轴承为研究对象,建立了模态分析理论,并基于有限元建立模型分析了轴承系统在自由模态和约束模态下的固有频率及振型。结果表明:在自由模态下61808轴承1阶固有频率远小于6208轴承,容易发生共振;在约束状态下薄壁轴承固有频率明显较大,61808轴承动力学特性更优。自由模态下1阶模态振型主要表现为内外圈弯扭组合变形,约束模态下保持架和钢球变形更明显。并对61808轴承子零件进行模态分析,自由模态下保持架固有频率最小,各零件变形较小。

薄壁角接触球轴承加工工艺改进

基于薄壁角接触球轴承不同于传统轴承的特征,针对不同车工工艺导致其热处理变形量不同的现象,分析了导致此类问题产生的原因,并针对上述问题和机器人用薄壁轴承的实际需求提出了改进措施。结果表明,改进措施效果良好,能够有效解决此类具有特殊结构轴承的椭圆和翘曲超差问题。

薄壁四点接触球轴承配合接触特性有限元分析

在实际情况下,薄壁四点轴承与轴承座、轴的配合对薄壁轴承载荷分布、承载能力、轴承刚度有着很大影响。建立腕关节薄壁四点接触球轴承—基座—空心轴构成的轴承系统有限元模型以模拟轴承配合,从而选择最佳配合模型,对实际情况下的轴承配合具有指导意义。基于ANSYS有限元软件建立薄壁四点接触轴承不同配合的有限元模型,通过对不同配合模型接触特性进行有限元分析,得出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。对于轴承配合模型H7在内外套圈与空心轴及基座接触时有明显应力集中现象,由于轴承滚珠并非在侧面对称,导致轴承与基座及空心轴在靠近滚珠的一边出现应力集中情况。对不同配合的有限元模型进行静态接触特性分析,发现各轴承配合整体等效应力最大值、外圈等效应力最大值、接触应力最大值、基座等效应力最大值区别不大,选择K7/j7的轴承配合模型才能使轴承内圈与空心轴的最大等效应力最小。计算结果较为精确地模拟了薄壁四点接触球轴承的接触特性和载荷分布规律,对于实际情况下轴承装配具有一定指导意义。

基于Romax的薄壁深沟球轴承寿命研究

为了研究工业机器人轴承高温工作条件下的寿命情况,基于Romax的仿真功能,建立了薄壁深沟球轴承的轴系仿真模型,在模型中分别进行了轴承工作温度的单因素试验和正交试验。仿真结果显示:Romax中轴承工作温度对轴承寿命的影响考虑了轴承材料的硬度下限;轴承的两种仿真寿命受轴承工作温度的影响是先保持不变,在分别达到178℃和184℃后,寿命不断下降;轴承转速、轴承径向载荷的增大都会降低轴承的寿命;薄壁深沟球轴承径向工作游隙对轴承寿命的影响为先增大后减小,在-0.002 mm时达到峰值,该研究对轴承在工程中的应用有一定的价值。

结构参数对薄壁四点接触球轴承力学性能的影响分析

薄壁四点接触球轴承作为工业机器人传动部件,结构参数是影响其稳定性和寿命的关键因素。文中基于多体动力学与Hertz接触理论,以沟道曲率、径向游隙、滚珠数目为结构参数化变量,运用ADMAS建立参数化动力学分析模型,分析不同结构参数对轴承动力学性能的影响,其结果显示:沟道曲率增加会使滚珠与内圈接触力峰值增加;在径向游隙增加且为正时,滚珠与保持架接触力增加明显,其运转稳定性也越弱;滚珠数目的增加会使保持架质心轴向振动幅值变小,使轴承运转平稳。以上结果为薄壁四点接触球轴承的参数优化提供参考。

薄壁4点接触球轴承保持架稳定性研究

为了对薄壁4点接触球轴承进行优化设计,课题组研究了不同保持架对轴承力学性能的影响。依据多体动力学理论和赫兹接触理论,运用冲击函数法对薄壁4点接触球轴承定义接触;基于ADAMS建立薄壁4点接触球轴承的多刚体模型;对比单工况时采用滚珠引导的保持架角速度和滚珠自转速度的仿真结果与理论值。分析结果表明:在同工况下,保持架Ⅰ和保持架Ⅱ与滚珠的接触力比保持架Ⅲ要大;保持架Ⅱ的质心轴向振动位移大,而保持架Ⅲ质心轴向振动位移小,运动稳定;保持架Ⅲ在X,Y方向的质心涡动轨迹范围小,表现稳定。

基于正交试验法的薄壁角接触球轴承优化设计

对于机器人用薄壁角接触球轴承而言,在满足其一定寿命的基础上,接触刚度是轴承第一性能指标,轻量化是其另外一个重要指标,为此,以某机器人用薄壁角接触球轴承为对象,对其结构参数进行了多目标优化设计。首先,根据轴承的实际工况要求,建立了以内圈沟道曲率半径系数、外圈沟道曲率半径系数、滚珠直径、节圆直径和滚珠数为影响因素,以接触刚度、接触疲劳寿命和质量为目标函数的薄壁角接触球轴承优化数学模型,并采用数值模拟计算方法,得到了每个因素不同水平值所对应的目标值;然后,基于正交试验法对轴承结构参数进行了多目标优化设计;最后,通过极差分析和综合平衡分析法确定了轴承的最优结构参数。研究结果表明:针对一定寿命条件、较高刚度和轻量化的设计要求,采用正交试验法对轴承进行多目标优化设计是一种高效可行的方法,可对其他类型轴承的优化设计提供有价值的参考。

大型薄壁角接触球轴承铝合金保持架加工工艺改进

分析传统工艺加工大型薄壁角接触球轴承保持架存在的难点,提出了增加时效处理、分多刀均匀去除余量、镗孔等工艺改进方案,通过工艺试验验证,改进前、后相关检测数据表明:工艺改进可以有效提高大型薄壁角接触球轴承保持架的加工精度。

薄壁深沟球轴承的设计

本文介绍了一种受安装尺寸限制,并具有高精度、耐低温、耐腐蚀性能的薄壁深沟球轴承。着重介绍了轴承的尺寸参数、保持架设计、材料选用及仿真校核。该轴承性能满足使用要求,相关技术可应用到其它领域。

基于动力学的柔性轴承疲劳寿命仿真分析

基于ABAQUS对柔性轴承和波发生器建立多体接触模型和动力学模型,分析柔性轴承的应力和变形情况,并基于nCode-DesignLife疲劳分析软件分析柔性轴承内、外圈疲劳寿命。结果表明:在工作过程中,内圈疲劳破坏主要由接触应力引起,外圈同时发生接触疲劳破坏和弯曲疲劳破坏,且外圈会先于内圈发生疲劳失效。