軸承載荷的案例
基于AMESim的汽車斜齒輪對接觸載荷軸承損失仿真分析
摘 要：為實現仿真模擬測量汽車斜齒輪接觸處的軸向和徑向載荷，并將其投影到軸承上，計算軸承損失中的載荷貢獻，以降低真實物理實驗成本，提高設計質量，論文進行了基于AMESim的汽車斜齒輪對接觸載荷軸承損失仿真研究。建立了汽車斜齒輪對仿真模型和基于徑向載荷、軸向載荷和潤滑油引起的軸承損失數學模型，并給出其各自計算公式；建立了用于計算摩擦力矩的新斯凱孚（SKF）模型，更精確地計算滾動軸承中產生的摩擦力矩；采用比例-積分-微分（PID）速度控制方法，在AMESim中進行了仿真試驗。仿真結果表明，模型很好地實現了汽車斜齒輪對接觸載荷軸承損失仿真，為軸承的徑向載荷和軸向載荷仿真測量與分析及軸承選型設計提供了參考。
關鍵詞：AMESim;汽車斜齒輪;軸承載荷;計算機仿真;
斜齒輪是汽車變速箱的重要零件，為汽車提供旋轉、變速、扭矩等驅動能量[1,2,3,4]。軸承損失即軸承的功率損失，其損失主要與機油特性、負載力、材料變形和軸承設計密切相關。斜齒輪的運轉往往需伴隨軸承承載與旋轉運動，目前針對軸承零件的設計主要依據理論計算或通過物理實驗的方法來評估軸承的性能、壽命、磨損等情況，這導致在設計端消耗大量的人力、物力成本。為此，國內外學者進行了大量軸承設計與制造方面的研究[5,6,7,8]。程立等[9]提出了一種用于滾動軸承退化特征提取的類Sigmoid函數的改進模糊熵模型，并提出了一種基于灰關系的滾動軸承性能退化評估方法，以建立滾動軸承退化特征與可靠性之間的關系，通過物理實驗表明改進模糊熵模型可有效提取滾動軸承性能退化特征，且可信度到95%以上，為軸承性能評估建模與損失分析提供了參考。MA等[10]論述了四接觸點球軸承是一種特殊的雙半內圈結構，在使用中具有動態多點接觸特性，導致軸承摩擦、發熱和磨損率不同。
展開 ANSYS復合材料施加軸承載荷
我用acp模塊創建的復材實體模型，在瞬態分析模塊里想施加軸承載荷，但是點選作用面后不能添加
軸承橢圓截斷應力及其對滾動體載荷分布的影響
概述
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。
隨著傳動技術的快速發展，業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生橢圓截的風險。
對于軸承橢圓截斷率的許用值，目前業界尚無統一的標準。Romax根據工程經驗推薦，在間歇工況下橢圓截斷不超過15%，常規持續工況下允許發生橢圓截斷（<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生變化，同時對軸承剛度也會產生影響。
從R22.1開始，在系統模型的靜態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。
使用示例
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。
展開 『求助』怎么施加軸承載荷
軸承對軸承孔的載荷怎么施加阿，感覺到無從下手
基于SimSolid的扳手受力分析
在手握處根據實際情況施加軸承載荷（bearing load）。軸承載荷會在圓柱面上建立非均勻的壓力分布。SimSolid施加軸承載荷非常方便，可以通過矢量方向定義力的方向，并且可以通過角度來設置圓柱面上受力的范圍。
手握處一共有四個圓柱面，給每個圓柱面施加一個x軸正向的、作用角度60°的一個軸承載荷。因為最大受力是未知的，所以將每個圓柱面的受力大小先假定為25N進行試算，即四個圓柱面總受力為100N。
四個圓柱面的軸承載荷均已設置完。這時幾何、材料、分析類型、邊界條件和載荷都已經設置完成，可以進行運算了。
不到10秒鐘，結果已經計算出來了。在受力100N的情況下，可以看到把手處變形為1.4mm，最大應力為圓管側面處的45MPa。
因為不銹鋼的屈服強度低于7075的屈服強度，最大應力也發生在不銹鋼圓管上，所以以不銹鋼的屈服強度207MPa進行校核，即載荷引起的不銹鋼管應力不能超過207MPa。又因為這是線性分析，所以載荷可以根據應力情況線性放大，計算得載荷最大為460N。也就是說，在把手受力不超過460N的情況下，該扳手不會發生塑性變形。
將4個軸承載荷均改為115N進行驗證。再次分析得到最大受力情況下把手處變形為6.5mm，最大應力為207MPa。以上結論得到了驗證。
同時，使用ANSYS對該問題在相同的輸入條件下也進行了分析，得到在最大受力時，把手最大變形為6.4mm，最大應力為218MPa。SimSolid的結果的誤差為5%，驗證了SimSolid無網格法結果的可信度。
展開 關于結構計算的邊界條件清單
該定理敘述如下：
在支持的求解環境中，右擊求解類型，選擇Insert>Remote Force，則在細節窗口出現如圖所示的定義集中力的設置面板，該面板包括三個選項：載荷作用范圍（Scope），定義方法（Definition）和高級選項（Advanced）。
圖5-13和圖5-14分別給出了耦合作用面和柔性變形作用面對應的總體變形云圖，由圖可知，將遠端力作用面設置為耦合，則該作用面的法向保持不變，而將遠端力作用面的設置為柔性或剛體，則該作用面會隨著載荷變形而移動。
2.5 軸承載荷
軸承載荷僅適用于圓柱形表面。其徑向分量將根據投影面積來分布壓力載荷。軸向載荷分量沿著圓周均勻分布。一個圓柱表面只能施加一個軸承載荷。假如一個圓柱表面切分為兩個部分，那么在施加軸承載荷的時候一定要保證這兩個柱面都要選中。載荷的單位同力的單位。
在支持的求解環境中，右擊求解類型，選擇Insert>Bearing Load，則在細節窗口出現如圖所示的定義軸承載荷的設置面板，該面板包括兩個選項：載荷作用范圍（Scope）和定義方法（Definition）。
如圖給出了豎直向上軸承載荷徑向力分布圖，由圖可知，軸承載荷的徑向力實際值作用于半個圓柱面，并且與軸承載荷方向相同的圓柱面的徑向力最大，而與軸承載荷方向垂直的圓柱面徑向力為0。
2.6 螺栓預緊力
在圓柱形截面上施加預緊載荷以模擬螺栓聯接，螺栓預緊載荷只能在3D模擬中采用，需要定義一個以z軸為主方向的局部柱坐標系。允許多個實體施加一個預緊載荷，如一個螺栓載荷應用到劃分為多體零件的螺栓上。
展開 定載荷下滑動軸承加速啟動過程仿真
急求一個滑動軸承在定載荷下由靜止不斷加速到某一轉速過程中的仿真算例！
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
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生變化，同時對軸承剛度也會產生影響。
從R22.1開始，在系統模型的靜態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，確保更準確的系統變形結果。
直播預告 | Actran 2025.1聲學仿真新功能介紹
借助這種新的工作流程，工程師將能夠:
輕松檢查結構振動結果并計算等效輻射功率（ERP）
快速自動構建結構的聲學包面網格，并使用自動化步驟設置完整的聲輻射分析
深入分析結果并調查峰值噪聲水平的根本原因
■ 電機噪聲WM支持軸承載荷，并有其他更多改進
除了電磁載荷之外，軸承載荷現在還可以應用電機噪聲工作流。這些軸承載荷可以從 ROMAX 導出的 CSV 文件或 Masta 導出的 BDF 文件中導入。添加了對 3D 軸向電機的空間分解的支持，以及用于載荷和網格映射的新選項卡。此外，現在可以導出模態參與系數，以便在新的電驅動工作流程中使用。
借助這項新功能，工程師將能夠:
研究電磁載荷和軸承載荷對電驅動系統 NVH 行為的綜合影響
對軸向電機進行深入研究
更好地對齊不同的網格并映射結構上的載荷
■ WM幫助文檔
已為工作流管理器的最復雜節點創建了大量文檔。此文檔可通過節點右上角的 info 圖標訪問。此外，當用戶將鼠標懸停在屬性上時，會為所有工作流的所有字段顯示文本信息。借助這項新功能，工程師將能夠:
獲取所涉及函數的描述以及請求的字段中的預期內容
訪問 HTML 頁面以獲取更詳細的解釋
■ 在 Actran VI 中自動創建 SEA 子系統
自Actran 2021以來，AUTO_SUBSYSTEMS序列已可用于虛擬 SEA，它將結構模型劃分為單元片，隨機激發它們并根據它們的結果構建一個能量數據庫，然后根據它們的能量相關性將這些單元片重新分組到子系統中。在 Actran 2025.1 中，AUTO_SUBSYSTEMS序列的分組組件現在移植到 ActranVI 中，以快速查看不同的子系統配置并使迭代變得更加容易。
展開 齒輪傳動系統碰撞振動特性研究 附碰撞振動與控制金棟平下載
3 轉速對齒輪副碰撞振動的影響
為了解轉速對齒輪副碰撞振動的影響，計算了在零負載條件下，主動輪轉速由 100r/min增加到 1000r/min 時，此時軸承載荷隨著各齒輪 Y 方向的位移而變化，可用計算公式：
f=kiy yi，i=p，g （17）
得到軸承動載荷，因此碰撞力與軸承載荷波動幅值的變化，如圖 5 所示。
圖5 各轉速下碰撞力與軸承載荷幅值的變化
整體來講，在轉速從小到大的過程中，從動輪齒面相對于主動輪齒面的速度也逐漸增大，齒面間的碰撞力波動幅值也隨之增大。當轉速較小時（<500r/min），主動輪與從動輪齒面相對速度較小，故碰撞力波動幅值也較小，隨著轉速的增大，其增大趨勢較為平緩；當轉速較大時（>500r/min），主動輪與從動輪齒面相對速度較大，碰撞力也較大，隨著轉速的增大，其增大趨勢明顯加快。
圖6 各轉速下碰撞力瀑布圖
在齒輪副嚙合過程中，傳動系統的主要振動激勵成分是由動載荷嚙合頻率及其倍頻成分分別構成的，并且嚙合頻率與倍頻成分與轉速均呈線性比例關系（嚙合頻率 fm =n·z/60），故齒輪副正常嚙合時，其動載荷主要頻率成分呈現規律的發射狀分布，其他頻率成分較少。相對比而言，在齒輪副碰撞振動階段頻率成分更為復雜，主要頻率成分較為凌亂，雖然也存在各嚙合頻率成分與倍頻成分，但均不是主要激勵成分也并不明顯。而在轉速在500r/min 以上時，出現次諧波頻率成分，并且其峰值大于其他頻率成分，其中，包括500r/min 時 1/2 諧波成分，600 r/min 時 1/5 諧波成分， 1000r/min 時 1/3 諧波成分等。
展開 設計仿真 | 直播預告-滾動軸承自動選型與參數優化
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傳動系統在各行業中的廣泛應用也決定了其需要快速發展不斷迭代以適應復雜多變的行業形勢，滾動軸承作為傳動系統的關鍵零部件，其選型的成功與否關系到傳動系統的性能好壞。傳統的軸承選型工作需要處理復雜的手動計算和多階段的試錯過程，不僅耗時，還容易引入人為錯誤，影響設計準確性和效率。除此之外，還缺少綜合性的分析工具，無法準確考慮軸系和齒輪方案修改后軸承載荷的變化以及內在的其他相互影響。
海克斯康工業軟件Romax多年來不斷為軸承行業用戶提供先進的工程解決方案。不同于傳統的軸承選型工作，首先，工程師可以利用Romax Concept快速的進行傳動系統的設計及迭代，完成對軸承載荷的分析及軸承動載荷的自動計算。其次Romax軟件中內置了10萬多個標準軸承的電子樣本，結合多種篩選條件的自動計算與識別，可以實現軸承選型的自動化，再無縫轉入Romax Enduro中進行詳細的校核分析，多維度評估軸承的各項性能，評價選型是否成功。最后，基于Romax強大的參數研究功能，可以實現如軸承安裝位置、配合公差、預緊位移等多參數，損傷率、壽命、應力等多目標的參數優化，幫助工程師找到最優的設計方案。
本次直播將從自動化軸承選型流程展開，詳細講解并演示軸承分析、校核及多目標參數優化等功能，歡迎預約報名！
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什么是軸承的額定壽命
需要跟大家強調一下:
第一，關于當量動負荷（P）的計算公式：
第二，C是跟軸承本事設計相關的參數，它是如下軸承參數的函數：
這樣計算出來的軸承單位是百萬轉，也就是軸承能運行的轉數。如果知道軸承的轉速，我們可以把軸承的壽命轉化成運行的小時數，這個也比較符合工業上一般的使用習慣。
其中，公式中的n是軸承的轉速。
從上面的公式可以看出來，軸承的基本額定壽命的最主要的基礎就是以軸承的載荷為主要計算參數，得到一個軸承實際載荷和額定載荷之間的比值。
L10表示的就是90%可靠性下的軸承壽命。h表示這個軸承計算出來的單位是小時，也就是運行的時間。
修正額定壽命
但是我們都知道，影響軸承壽命的因素很多，不止是軸承的載荷單一的因素，否則軸承的壽命不會向我們前面的文章講的那么復雜。
雖然我們在討論軸承壽命的時候，最主要討論的是軸承的載荷，或者說軸承接觸時滾道（或者滾動體）的應力。但是從多年的軸承應用經驗來說，影響軸承實際運行的還有軸承的潤滑，軸承的運行中的污染等等一系列其他的因素。
另外還有挺重要的因素，也是我們在大部分的應用中沒有討論的，軸承的可靠性。
展開 電驅動系統NVH
圖18 齒面修形前結果
圖19 齒面修形后結果
以上均為單一轉速與載荷下仿真結果，下圖為殼體軸承位處，多組轉速的振動位移響應的連線，形成的瀑布圖。如下兩圖。
圖20 軸承位振動響應仿真瀑布圖
在瀑布圖中，穿越坐標圓心的射線，為不同齒輪嚙合頻率，其垂直于橫坐標1000Hz及2000Hz處，存在兩組縱向振動響應峰值，一般為殼體共振產生。如出現橫向亮線，一般為敲擊引起。
圖21 軸承位振動響應實測瀑布圖
除了齒輪系統的嚙合噪音，電機與減速機連接花鍵處，也會因為各種制造與裝配公差，產生沖擊振動噪音。如下圖。可通過涂抹潤滑脂進行緩解。
圖22 花鍵精度對噪音的影響
軸承選型中，需根據載荷、轉速、空間、成本、設計溫度等，適配合適的軸承型號、潤滑脂牌號、預緊載荷、裝配過盈與間隙等。一般基于ISO281規范，計算基本的軸承壽命。但無法考慮整車隨機振動、詳細溫升、裝配預應力（可參考ISO16281規范）等載荷，對壽命的影響。也可以參考SKF、NSK、FAG等知名廠商官網的軸承手冊進行計算與選型。
進行殼體設計時，在正反拖工況下，殼體加強筋與傳力路徑設計，應盡量順應主要軸承徑向載荷的方向。軸承徑向載荷分布規律，如下圖。
圖23 軸承徑向載荷沿圓周分布規律
上圖為穩態過程，下圖為瞬態軸承載荷。
圖24 軸承載荷的瞬態變化數據
一般采用幾個加速度傳感器或麥克風，測量電驅動殼體振動噪音數據，可較為全面的了解NVH性能，但缺乏全局視角，不利于快速總體查看噪音分布。可采用下圖的聲學相機技術，進行觀測與定位。
展開 【選型計算】機械設計基礎計算題之球軸承的分類及選型
二、 球軸承選型
在進行球軸承選型時，首先要根據軸承受力狀況、速度能力、噪聲要求、安裝要求等選擇合適的軸承種類，同時需考慮溫度、環境的限制條件，選擇合適的軸承材料及潤滑方式（以上本文第一章已有介紹），再根據設計空間尺寸對所選的軸承型號進行壽命計算，設計流程圖如圖6。
圖6 軸承選擇流程
軸承壽命主要可以從兩個類型去考核，當疲勞失效為軸承的主要失效形式時，需校核軸承疲勞壽命，當軸承受過大的靜負荷或在極低轉速下承受沖擊負荷時，此時軸承的壽命不是取決于材料的疲勞，而需考核軸承靜態強度。需要額外考慮的是，軸承載荷是否小于最小軸承負荷。
1. 軸承疲勞壽命計算：
額定壽命：在一塊疲勞剝落前，90%的一組同樣的軸承將達到或超過的壽命。
軸承調整壽命：考慮壽命調整系數的額定壽命。
動態額定載荷：表示在該載荷作用下，一定數量的軸承的額定壽命為一百萬轉。對于向心軸承，載荷是指純徑向載荷（C）；對于推力軸承，載荷是指純軸向載荷；向心推力軸承，載荷是指產生軸承套圈相互間純徑向位移的載荷的徑向分量（C）。
動態徑向當量載荷：在一恒定的徑向載荷下，滾動軸承具有與實際載荷相同的壽命。
其中X、Y分別為徑向、軸向動載荷系數，分別為軸承實際載荷的徑向、軸向分量。X、Y值可查閱軸承公司網站的建議值。
展開 基于ANSYS workbench平臺下nCode Design Life的連桿疲勞分析簡例計算
技術咨詢鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/b/280
基于ANSYS workbench平臺下nCode Design Life的連桿疲勞分析流程簡述
幾何模型與網格劃分如圖所示
約束條件與接觸設置
針對連桿進程與回程過程承載不同，分別賦予Bearing Load軸承載荷不同的數值與方向（在項目流程圖中建立兩次靜力學分析）
求解并后處理等效應力分布
兩個結果聯合導入ANSYS workbench平臺下nCode Design Life，將兩個靜力學求解solution拖入nCode Design Life。
Bearing Load軸承載荷在WB的疲勞工具中不能進行換向處理，因此在nCode中簡化考慮該結構承受兩個方向的載荷，為Zero-based loading載荷方式，擴大比例系數為2。右鍵S-N分析，修改為常幅值分析，將min-factor設置為0，max-factor設置為2。
疲勞材料屬性與SN曲線：右鍵S-N分析，打開材料菜單，將材料賦予所有的mat。
計算壽命
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