軸承剛度
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-21
軸承剛度的視頻教程
擠壓/滑動(dòng)軸承剛度阻尼特性計(jì)算軟件SML-BSDC介紹
擠壓/滑動(dòng)軸承剛度阻尼特性計(jì)算軟件SML-BSDC V1.0 擠壓/滑動(dòng)軸承剛度阻尼特性計(jì)算軟件是由斯姆勒數(shù)值仿真技術(shù)研究院的寧老師CAE團(tuán)隊(duì)開發(fā) 基于有限元技術(shù)開發(fā) 基于大型通用商業(yè)有限元軟件ANSYS進(jìn)行二次開發(fā) 目前適用于擠壓軸承和滑動(dòng)軸承的工作特性計(jì)算、剛度計(jì)算和阻尼特性計(jì)算 適用于油膜和氣膜等薄膜擠壓軸承和滑動(dòng)軸承 滾珠軸承的計(jì)算軟件正在開發(fā)中，將在后續(xù)版本中進(jìn)行增補(bǔ)
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Ansys 電機(jī)-旋轉(zhuǎn)部件-CAE結(jié)構(gòu)分析-培訓(xùn)課程
包含風(fēng)扇強(qiáng)度分析，風(fēng)扇振動(dòng)分析，端環(huán)強(qiáng)度分析，永磁轉(zhuǎn)子護(hù)套強(qiáng)度，永磁轉(zhuǎn)子沖片強(qiáng)度，高速電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子分析，平衡盤強(qiáng)度與振動(dòng)分析，軸承徑向剛度計(jì)算等.
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軸承剛度的實(shí)例教程
摘 要：為了研究軸承剛度對(duì)雙葉片環(huán)保泵轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性的影響，基于流固耦合理論，采用ANSYS-CFX和ANSYS-Workbench，對(duì)4種軸承剛度方案下的環(huán)保泵固有頻率、模態(tài)振型、臨界轉(zhuǎn)速及諧響應(yīng)進(jìn)行了求解和對(duì)比分析。計(jì)算結(jié)果表明：模態(tài)振型在不同支承剛度下表現(xiàn)為同相振型，以水平擺動(dòng)為主。當(dāng)軸承剛度從2.6×105N/mm增加到2.6×106N/mm時(shí)，轉(zhuǎn)子固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速均明顯增加，而當(dāng)軸承剛度從2.6×106N/mm增加到2.6×108N/mm時(shí)，固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速增速變緩。轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速均小于4種軸承剛度下轉(zhuǎn)子的前3階臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生共振。諧響應(yīng)振幅隨支承剛度增大而降低，支承剛度為2.6×105N/mm時(shí)振幅最大，X、Y、Z方向分別為0.44、0.32、0.16mm。不同支承剛度在X方向上最大振幅均分別為0.44、0.28、0.24、0.19mm,降低幅度分別為36.4%、14.3%、20.83%。研究結(jié)果可為類似泵的軸承選型以及轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供參考。
關(guān)鍵詞：雙葉片環(huán)保泵；數(shù)值模擬；流固耦合；模態(tài)分析；臨界轉(zhuǎn)速
0 引言
雙葉片環(huán)保泵效率高、抗堵塞能力強(qiáng)，是一種新型的高效無堵塞泵，廣泛應(yīng)用于環(huán)保、污水處理、造紙等行業(yè)，尤其適用于抽送污水、泥漿、灰渣等含纖維狀懸浮物、固體懸浮物介質(zhì)[1-5]。目前，國外美國、日本、瑞典等國家的無堵塞泵處于世界領(lǐng)先水平，已經(jīng)形成了較為成熟的系列產(chǎn)品，但國內(nèi)無堵塞環(huán)保泵等特種產(chǎn)品的相關(guān)理論研究還不夠成熟，尚未形成規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)品可靠性還需進(jìn)一步提高[6]。水泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)問題一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題，已有相關(guān)文獻(xiàn)[7-18]對(duì)多級(jí)離心泵、帶分流葉片水泵水輪機(jī)、蝸殼式混流泵、多級(jí)沖壓泵等諸多類型的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究分析，但較少涉及到雙葉片環(huán)保泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)問題。
展開 Tribo-X inside Ansys是滑動(dòng)軸承分析專用工具，具有滑動(dòng)軸承剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)計(jì)算的能力。
滑動(dòng)軸承剛度和阻尼項(xiàng)取決于轉(zhuǎn)速或軸偏心位置，反映了不同潤滑操作條件下的動(dòng)態(tài)特性，獲得的跟隨轉(zhuǎn)子角速度變化而變化的滑動(dòng)軸承剛度和阻尼系數(shù)能夠無縫傳遞到轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析模塊的軸承工具中，進(jìn)行相關(guān)仿真分析使用。
一、Tribo-X inside ANSYS滑動(dòng)軸承分析系統(tǒng)搭建
Tribo-X inside ANSYS軟件分析環(huán)境基于ANSYS Mechanical進(jìn)行軸承分析的預(yù)處理和后處理，軟件安裝以后在ANSYS Mechanical中新增了一個(gè)名為Tribo-X inside ANSYS的工具欄，如圖1所示。
圖1
Tribo-X inside ANSYS分析的計(jì)算條件分為基礎(chǔ)邊界條件定義和高級(jí)分析求解邊界條件兩類。任何基于Tribo-X inside ANSYS工具的分析內(nèi)容都首先建立在基本邊界的定義基礎(chǔ)上，如圖2所示。而滑動(dòng)軸承剛度和阻尼系數(shù)的計(jì)算和傳遞要通過高級(jí)分析求解邊界條件進(jìn)行定義，往往需要更高級(jí)的license進(jìn)行支持。下面對(duì)Tribo-X的基礎(chǔ)邊界和高級(jí)邊界條件內(nèi)容進(jìn)行簡要說明。
圖2
基礎(chǔ)邊界條件定義簡要說明：
Pressure Supply：壓力邊界條件，用來定義潤滑油的供應(yīng)區(qū)域。該區(qū)域可以在軸承或軸的表面上定義。當(dāng)壓力邊界條件選擇多個(gè)面時(shí)，就可以定義多個(gè)潤滑油的供應(yīng)。供油幾何形狀可以是任意的，壓力值必須為正。因此，任何類型的潤滑供應(yīng)都是可以定義的。
Bearing Geometry：如圖3所示，它用于確定液體滑動(dòng)軸承的位置，是確定軸承與軸之間潤滑間隙的基礎(chǔ)。
展開 1問題描述
如圖所示的轉(zhuǎn)子模型，材料彈性模量為2.078E11Pa，密度為7800kg/m3，垂直面上兩個(gè)方向的軸承剛度均為4.378E+07 N/m，暫不考慮阻尼的影響。求該轉(zhuǎn)子模型的渦動(dòng)頻率、振型、臨界轉(zhuǎn)速；并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將一階正進(jìn)動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速值固定在17000rpm。
轉(zhuǎn)子構(gòu)造和幾何尺寸
2結(jié)果分析
采用Solid272單元模擬得到前4階振型及坎貝爾圖如下：
采用Solid186單元模擬得到前4階振型及坎貝爾圖如下：
對(duì)比上述的渦動(dòng)頻率及振型可知，Solid272與Solid186結(jié)果是一致的，兩者得到的臨界轉(zhuǎn)速分別如下：
臨界轉(zhuǎn)速/rpm
Mode-1
Mode-2
Mode-3
Mode-4
Mode-5
Solid272單元
0
14572
17134
46165
50103
Solid186單元
0
14620
17215
46181
50200
將圓盤厚度以及軸承剛度參數(shù)化，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)為一階正進(jìn)動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速值Seek Target=17000，得到圓盤厚度、軸承剛度與臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖如下：
通過優(yōu)化設(shè)計(jì)分析可知，當(dāng)圓盤厚度取65.64mm，軸承剛度為47936N/mm時(shí)，該轉(zhuǎn)子模型的一階正進(jìn)動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速為17000rpm。
展開 因此，SKF Bearing具有許多優(yōu)勢，包括：
簡化軸承分析和仿真，并使其易于使用
可訪問超過10,000種軸承型號(hào)，其中包含所有常見的軸承類型
基于云的在線工具可確保提供最新的軸承數(shù)據(jù)，包括宏觀和微觀幾何結(jié)構(gòu)，這有助于表示最準(zhǔn)確的軸承剛度
為了進(jìn)一步提高精度，SKF Bearing應(yīng)用采用了兩種建模方法：
主要用于靜態(tài)分析的非線性剛度模型，其中可以檢索最終的軸承載荷
主要用于動(dòng)態(tài)分析（如諧波振動(dòng)頻率分析）的恒定剛度模型
此外，您可以選擇軸承表面并輸入您想在模型中使用的軸承的坐標(biāo)系。更方便的是，可以使用SKF在線計(jì)算工具SKF Bearing Select來查找最適合您項(xiàng)目的軸承列表。此外，還可以輸入獨(dú)特的參數(shù)，如間隙和速度。
利用SKF軸承應(yīng)用程序和Ansys Mechanical在力矩中快速生成的軸承仿真結(jié)果
利用Ansys Mechanical中的SKF Bearing大顯身手
軸承剛度會(huì)對(duì)機(jī)器和系統(tǒng)行為產(chǎn)生重大影響。利用SKF Bearing，可通過易于使用的向?qū)лp松創(chuàng)建滾動(dòng)軸承模型，準(zhǔn)確顯示軸承剛度，并可直接訪問SKF目錄中的10,000多個(gè)軸承型號(hào)。
展開 表 5 中，主剛度項(xiàng)作功均為零與轉(zhuǎn)軸無能量轉(zhuǎn)化；主阻尼項(xiàng)均作負(fù)功消耗轉(zhuǎn)子能量，能夠起到主要的減振作用，且各軸承作功相差不大；橢圓瓦和四油楔交叉剛度和交叉阻尼項(xiàng)都作正功，加劇了轉(zhuǎn)子的振動(dòng)；而可傾瓦交叉阻尼項(xiàng)雖作正功，但小于其他軸承作功，并且，由于交叉剛度的各向同性，此項(xiàng)作功為零。根據(jù)表 5 計(jì)算總功，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，可傾瓦可以吸收 2.37 kJ 的振動(dòng)能量，是四油葉的 1.8 倍，橢圓瓦的 2.5 倍。由此可見，可傾瓦軸承的交叉剛度項(xiàng)和交叉阻尼項(xiàng)作功特點(diǎn)是其具有良好抑制振動(dòng)的本質(zhì)原因。但需要指出，通?？蓛A瓦軸承結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要較高的制造和安裝技術(shù)，本文僅從動(dòng)力特性系數(shù)角度分析得出可傾瓦軸承穩(wěn)定性優(yōu)于其他軸承的結(jié)論。
3．結(jié)論
(1) 齒輪嚙合軸系耦合強(qiáng)度大，具有轉(zhuǎn)子自身彎扭耦合、轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間彎扭耦合等豐富的模態(tài)特征。
( 2) 齒輪嚙合剛度可以加劇轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，尤其是中速軸和高速軸振動(dòng)強(qiáng)烈，且兩者臨界轉(zhuǎn)速接近，振動(dòng)傳遞效應(yīng)比較強(qiáng)，應(yīng)引起設(shè)計(jì)者關(guān)注。
( 3) 可傾瓦軸承的交叉剛度和交叉阻尼項(xiàng)作功少，則向轉(zhuǎn)子輸入能量少，這是可傾瓦軸承穩(wěn)定性優(yōu)于橢圓瓦軸承和四油楔軸承的本質(zhì)原因。當(dāng)齒輪螺旋角為 15°時(shí)，機(jī)組整體振動(dòng)較小，可為設(shè)計(jì)提供參考。
展開 
軸承剛度的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
軸承剛度的最新內(nèi)容
輪轂軸承座區(qū)域（需要保證軸承安裝精度和剛度）。
主銷孔（或球鉸安裝座）。
制動(dòng)卡鉗安裝面。
減震器安裝點(diǎn)。
控制臂安裝點(diǎn)。
不同預(yù)緊量情況下，兩軸承的載荷譜壽命結(jié)果；曲線為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，綠色點(diǎn)為ODYSSEE預(yù)測結(jié)果
PART.06
案例四：齒輪箱振動(dòng)響應(yīng)預(yù)測
使用Romax軟件進(jìn)行頻域動(dòng)力學(xué)計(jì)算時(shí)，系統(tǒng)的剛度和模態(tài)會(huì)隨著扭矩的變化而發(fā)生變化，原因是齒輪的嚙合剛度、軸承的支承剛度均會(huì)隨載荷而發(fā)生變化。
提升傳動(dòng)系統(tǒng)性能
通過仿真分析，工程師可以優(yōu)化齒輪微觀修形、軸承布置和軸系剛度，從而提高傳動(dòng)效率、降低噪聲并延長使用壽命。
2. 降低開發(fā)成本
傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)依賴物理樣機(jī)和試驗(yàn)，而Romax Nexus能夠在虛擬環(huán)境中驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，減少試錯(cuò)成本，加快產(chǎn)品上市時(shí)間。
3.
03
支撐軸承和阻尼器特性的準(zhǔn)確描述
支持軸承各個(gè)方向的剛度特性以及擠壓油膜阻尼器的阻尼特性對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和穩(wěn)定性影響顯著。而這些剛度特性和阻尼特性一般都與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)速度相關(guān)。2020版本開始，支持采用更準(zhǔn)確的描述方法來表達(dá)這些特性隨著轉(zhuǎn)動(dòng)速度的變化關(guān)系，從而使得分析結(jié)果更加貼近實(shí)際情況。
基于matlab的滑動(dòng)軸承油膜壓力分析代碼，Reynolds邊界條件，有限差分法、壓力擾動(dòng)法，可進(jìn)一步求解滑動(dòng)軸承油膜剛度和油膜阻尼。
對(duì)相關(guān)參數(shù)賦值后，先運(yùn)行dispressure.m文件，即可求出油膜壓力分布，然后運(yùn)行其他文件，即可求得油膜剛度等動(dòng)特性系數(shù)。
3.5不同舵軸軸承支撐剛度的影響
以上文中的有限元模型作為標(biāo)準(zhǔn)模型，調(diào)整舵軸軸承支撐剛度開展不同工況的舵系統(tǒng)模態(tài)計(jì)算，研究不同舵軸軸承支撐剛度對(duì)舵系統(tǒng)模態(tài)的影響。不同舵軸軸承支撐剛度的舵系統(tǒng)模態(tài)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表4。舵軸軸承支撐剛度降至80%時(shí)，旋轉(zhuǎn)頻率下降0.77%，彎曲頻率下降8.95%。分析可知，舵軸軸承支撐剛度變化主要對(duì)舵系統(tǒng)彎曲頻率有影響，對(duì)旋轉(zhuǎn)頻率影響很小。
球軸承剛度計(jì)算公式[23]為
式中：K為軸承剛度，N/mm；Fr為徑向載荷，N；n為滾珠數(shù)量；d為滾珠直徑，mm；γ為滾珠接觸角。
將泵前、后球軸承型號(hào)7212AC相關(guān)參數(shù)代入式（1），可得到對(duì)應(yīng)軸承的剛度系數(shù)為2.6×106N/mm。將計(jì)算所得支承剛度定義為方案A，不考慮軸承阻尼系數(shù)的影響，改變前后軸承的剛度，建立不同支承剛度方案B、C、D，具體方案如表1所示。
軸承采用剛性環(huán)法進(jìn)行建模，同時(shí)應(yīng)用程序與SKF云服務(wù)器通信，以獲得真實(shí)軸承剛度的準(zhǔn)確表示。為確保真實(shí)性，這種表示方法考慮了滾動(dòng)元件和軸承滾道之間的詳細(xì)接觸以及軸承的完整微觀幾何結(jié)構(gòu)。
利用SKF Bearing，可通過易于使用的向?qū)лp松創(chuàng)建滾動(dòng)軸承模型，準(zhǔn)確顯示軸承剛度，并可直接訪問SKF目錄中的10,000多個(gè)軸承型號(hào)。
常見的和電機(jī)相關(guān)的機(jī)械激勵(lì)：有動(dòng)不平衡（為了降低動(dòng)平衡很多企業(yè)采用的國外的設(shè)備）、不對(duì)中不同軸、軸承的剛度變化。
和電機(jī)電磁因素、控制因素相關(guān)的諧波轉(zhuǎn)矩如下圖所示：其中主要的成分是紋波轉(zhuǎn)矩和因電流檢測偏差導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
扭轉(zhuǎn)共振引起的問題
扭轉(zhuǎn)振動(dòng)顧名思義就是指扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的頻率和軸系系統(tǒng)的模態(tài)重疊時(shí)發(fā)生的共振問題。
