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《计入轴承间隙时轴_滚动轴承系统动力学行为研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、振动与冲击第28卷第9期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVo.l28No.92009计入轴承间隙时轴-滚动轴承系统动力学行为研究何芝仙,干洪(安徽工程科技学院机械工程系,芜湖241000)摘要:以6310轴承和轴组成的轴-滚动轴承系统为研究对象,研究变载荷作用下计入轴承间隙时轴-滚动轴承系统动力学问题。首先利用Hertz公式和静不定问题的解法(力法)推导出滚动轴承受力与变形关系的计算公式并得到数值解,再以整个轴-滚动轴承系统为研究对象,利用ADAMS动力学仿真软件进行动力学仿真。研究了变载荷作
2、用下刚性轴-滚动轴承系统、弹性轴-滚动轴承系统的幅频特性和动态响应,着重讨论轴承间隙对轴-轴承系统动力学性能的影响。计算结果表明,轴的弹性和轴承间隙对轴-轴承系统的动力学性能影响很大,轴-轴承系统为非线性动力学系统,并随轴承间隙的增加而增强。关键词:间隙;赫兹理论;静不定问题;轴-滚动轴承系统中图分类号:TH113文献标识码:A机器在运转一段时间后,由于轴承磨损必然会导力与变形关系方程得到。致轴承间隙增大,轴-轴承系统动力学性能恶化,机器精度下降,直至失效。大功率、高速度是现代机械发展的方向之一,对机械系统的动力
3、学性能要求也更加苛刻。在机械产品设计阶段解决好动力学问题,是提高机械产品质量和竞争力的重要途径之一。对于轴-滚动轴承系统动力学问题,轴承的处理是一个关键问题,以往的研究大多以轴为研究对象,把滚动轴承视为具有定刚[1,2]度系数或变刚度系数的弹簧。考虑到计入轴承磨图1轴-滚动轴承系统ADAMS仿真模型损间隙时轴承受力和变形之间的关系的非线性特性增111滚动轴承受力与变形关系方程强,本文从轴-滚动轴承系统整体观点出发,以ADAMS1.1.1滚动轴承受力与变形关系方程动力学仿真软件为工具,建立轴承受力和轴承运动参为了求
4、解滚动轴承反力与轴颈轴心运动学参数的数之间的关系,与动力学控制方程联立求解。文献[3,关系,由于滚动轴承阻尼引起的轴承反力相对较小,为4]用此法解决了轴-滑动轴承系统动力学仿真问题。简化问题忽略不计,本文只讨论滚动轴承反力与轴颈本文把滚动轴承的受力和变形的问题求取视为多次静轴心径向位移之间的关系即滚动轴承受力与变形之间不定问题,利用Hertz理论求单个滚动体的受力和变形[5,6]的关系。问题,利用力法解此多次静不定问题,得到滚动轴承受图2为单列向心球轴承180b范围内受载时滚动轴力和变形的关系;在ADAMS中建立
5、轴-滚动轴承系统承的载荷分布图,易见该问题是一个典型的多次静不的动力学仿真模型,研究刚性轴-滚动轴承系统、弹性定问题,可以用力法求解。平衡方程可表示为:轴-滚动轴承系统的动力学行为,着重讨论轴承间隙对Fr=Qmax+2Q1cosW1+2Q2cosW2+,(1)轴-滚动轴承系统动力学行为的影响。1系统模型图1所示为本文研究的轴-滚动轴承系统的AD-AMS动力学仿真模型。轴上承受径向变载荷Fx、Fy作用,轴上安装轴承处去掉轴承用轴承反力Fbx、Fby替代,轴承反力Fbx、Fby可用轴的运动学参数通过滚动轴承受基金项目
6、:安徽省高等学校自然科学基金研究项目(KJ2008A031,2006KJ286B)收稿日期:2008-09-04修改稿收到日期:2008-12-08图2滚动轴承的载荷分布图第一作者何芝仙男,博士,副教授,1963年10月生第9期何芝仙等:计入轴承间隙时轴-滚动轴承系统动力学行为研究121由于轴承外圈受轴承座或机架、轴承内圈受轴颈的约束,为简化计算,假设变形仅是由于滚动体与内、外圈滚道间的接触变形而产生的,而内、外圈整体仍保持原有的尺寸和形状。在径向力Fr作用线上的滚动体承受最大载荷,其接触变形量为最大变形量Dma
7、x,考虑轴承间隙Ur时滚动体与内、外圈滚道的接触变形量[5]DW为:UrUrUrDW=DrcosW-=D+cosW-(2)max222式中W)))该滚动体与最大载荷滚动体之间的夹角。式(2)为滚动轴承变形的几何方程,它是求解各滚动体图36310轴承径向载荷与径向总变形关系曲线载荷分配的重要依据。1.1.2轴承反力由Hertz弹性理论及点接触滚动轴承几何关系,可如图1所示,轴承反力Fr在x和y坐标轴方向上[5]得出两接触体的弹性趋近量:的分量Fbx、Fby为:-42K21/3$xD=2.79@10Pm(QEQ)(3
8、)Fbx=-FrcosU=-Frar(6)式中:Q为滚动体载荷;EQ为两接触体在接触点处的$yFby=-FrsinU=-Fr主曲率总和;ma为接触椭圆的短半轴系数;K为与椭圆r偏心率有关的第一类完全椭圆积分。总趋近量Dr应是22其中:r=Dr=$x+$y,$x,$y为轴心在x和y坐标滚动体与内圈滚道间的趋近量(即接触变形量)Di和滚轴方向上的位移。动体与外圈滚道间的趋近量
