設計仿真 | 軸承橢圓截斷應力及其對滾動體載荷分布的影響



概述

海克斯康工業(yè)軟件






設計仿真 | 軸承橢圓截斷應力及其對滾動體載荷分布的影響的圖1

在某些運行工況下,特別是較大的軸向力和彎矩載荷作用于軸承上時,滾動體與滾道之間的接觸橢圓可能超出滾道邊緣,這被稱為橢圓截斷或者爬擋肩。產生橢圓截斷現(xiàn)象時,滾動體與滾道的邊緣接觸應力會有較大幅度的增加,從而大大加速軸承的疲勞失效。

設計仿真 | 軸承橢圓截斷應力及其對滾動體載荷分布的影響的圖2






隨著傳動技術的快速發(fā)展,業(yè)界對于軸承的性能指標有了更高的要求,一個常見的要求是:軸承既要更加小型化,承載能力又要不斷提升。這將會進一步加大軸承在運行過程中發(fā)生橢圓截的風險。






對于軸承橢圓截斷率的許用值,目前業(yè)界尚無統(tǒng)一的標準。Romax根據(jù)工程經驗推薦,在間歇工況下橢圓截斷不超過15%,常規(guī)持續(xù)工況下允許發(fā)生橢圓截斷(<0)。然而,為了更精確地評估橢圓截斷對于軸承剛度和壽命的影響,我們需要知道發(fā)生橢圓后的赫茲接觸應力和邊緣應力,因為橢圓截斷后滾動體的載荷分布也會隨之發(fā)生變化,同時對軸承剛度也會產生影響。






從R22.1開始,在系統(tǒng)模型的靜態(tài)分析和軸承滾動體載荷分布中考慮了由于球軸承接觸橢圓截斷導致的接觸剛度降低,該計算方法也會同步到Romax其它幾個產品線中,在各個產品線中均會得到同樣的軸承剛度值,確保更準確的系統(tǒng)變形結果。此外,考慮橢圓載荷效果后,由于接觸面積的減少,中心區(qū)域的接觸應力會略有增大,軸承的內部載荷分布和接觸應力的計算結果更加準確。

設計仿真 | 軸承橢圓截斷應力及其對滾動體載荷分布的影響的圖3




設計仿真 | 軸承橢圓截斷應力及其對滾動體載荷分布的影響的圖4



使用示例

海克斯康工業(yè)軟件






設計仿真 | 軸承橢圓截斷應力及其對滾動體載荷分布的影響的圖5

Romax Spin用戶已經知道某軸承中存在一定的橢圓截斷,希望了解當前截斷量是否會出現(xiàn)問題。工程師在Romax Spin中進行軸承分析,并檢查相關軸承的橢圓截斷值以及接觸點和邊緣的接觸應力值。他們注意到,接觸橢圓中心的接觸應力低于許用應力,但由截斷引起的邊緣應力高于其許用值。






滾道接觸印跡圖顯示,接觸橢圓在內外滾道邊緣處均有截斷。接觸邊緣應力報告如下:

設計仿真 | 軸承橢圓截斷應力及其對滾動體載荷分布的影響的圖6

使用此新功能,工程師還可以使用參數(shù)化研究工具 (DOE)優(yōu)化擋肩直徑以減少橢圓截斷。








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