基于局部模型的球軸承接觸仿真研究.pdf

1、滾動軸承是機械行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的旋轉(zhuǎn)部件之一，在工作時既是運動連接件，又是載荷支撐件，運動和受力狀態(tài)較為復(fù)雜。引起軸承失效的各種原因均與軸承接觸有關(guān)，為了研究軸承破壞的力學(xué)機理、優(yōu)化軸承設(shè)計、提高軸承使用壽命，對軸承進行接觸分析顯得十分有必要。
　　本文通過編寫MATLAB程序，并結(jié)合LS-DYNA前后處理器的特點，建立一種在任意高副接觸的兩物體接觸區(qū)建立局部模型的方法，將局部模型建模過程模塊化，使建模過程簡單高效。該方法不僅適

2、用范圍廣，還具有仿真精度高、計算機求解時間短的優(yōu)勢。以兩球體三維點接觸為算例，將局部模型建模方法應(yīng)用于兩球體三維點接觸仿真，接觸半徑誤差僅為3.5％，仿真結(jié)果與赫茲理論解基本一致，驗證了局部模型建模方法的合理性。
　　將局部模型建模方法應(yīng)用于承載最大的滾珠與外滾道的靜態(tài)接觸仿真，與網(wǎng)格過渡建模方法對比，驗證了局部模型在仿真精度和計算效率上的優(yōu)勢。將仿真解與赫茲解對比，發(fā)現(xiàn)赫茲理論求解得到的滾珠和外滾道的接觸應(yīng)力和變形誤差較大，說明

3、由于協(xié)調(diào)接觸導(dǎo)致不滿足赫茲理論假設(shè)時，采用經(jīng)典赫茲理論作為軸承設(shè)計分析的理論依據(jù)存在較大的誤差。結(jié)合軸向和圓周截面等效應(yīng)力的分布和大小，發(fā)現(xiàn)滾珠與外滾道最大等效應(yīng)力均超出材料的屈服極限，其表面會出現(xiàn)一定的塑形變形，可根據(jù)最大等效應(yīng)力所在等值面的最大深度，為選取滾珠和外滾道表面硬化深度提供依據(jù)。
　　將局部模型建模方法應(yīng)用于承載最大的滾珠與外滾道動態(tài)接觸仿真，對比動態(tài)和靜態(tài)下的接觸壓力和變形，發(fā)現(xiàn)動態(tài)下接觸橢圓內(nèi)出現(xiàn)了沿滾動方向和軸

4、向力方向分布的應(yīng)力斑，并且在接觸橢圓前后出現(xiàn)了前后接觸區(qū)。動態(tài)下沿滾動方向的接觸橢圓短半軸比靜態(tài)時增大9.3%，而垂直于滾動方向的接觸橢圓長軸變化不大。同時，動態(tài)時由于離心力和摩擦力的作用，最大接觸壓力和彈性趨近量也比靜態(tài)時分別增大了2.3%和3.4%。對動態(tài)和靜態(tài)下等效應(yīng)力分布進行了對比，發(fā)現(xiàn)由于摩擦力的作用，軸向截面內(nèi)的等效應(yīng)力分布沿滾動方向偏移了2.6度。動態(tài)下由于離心力和摩擦力的作用，比靜態(tài)時，最大等效應(yīng)力、增大4.7%，最大等