吉林大学学报(工学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (5): 1508-1514.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20170652

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鼠笼支撑一体化结构对薄壁球轴承承载性能的影响

毛宇泽, 王黎钦   

  1. 哈尔滨工业大学 机电工程学院,哈尔滨 150001
  • 收稿日期:2017-06-23 出版日期:2018-09-20 发布日期:2018-12-11
  • 通讯作者: 王黎钦(1964-),男,教授,博士生导师.研究方向:摩擦学.E-mail:lqwanghit@163.com
  • 作者简介:毛宇泽(1988-),男,博士研究生.研究方向:滚动轴承动力学.E-mail:maoyuze163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金联合重点基金项目(U1637206);“973” 国家重点研究发展计划项目(2013CB632305)

Influence of squirrel-cage flexible support on the dynamic performance of ball bearing

MAO Yu-ze, WANG Li-qin   

  1. School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
  • Received:2017-06-23 Online:2018-09-20 Published:2018-12-11

摘要: 建立了鼠笼柔性支撑一体化轴承的FEM-拟动力学迭代分析模型,采用FEM模型计算支撑结构和轴承滚道的变形,采用非圆滚道的拟动力学模型分析轴承动态特性。研究了一个鼠笼支撑一体化球轴承在载荷作用下的内部载荷分布,分析了柔性支撑一体化结构对球轴承动态特性的影响。结果表明,鼠笼支撑一体化结构使轴承内部最大接触载荷减小了10.94%,疲劳寿命增加了11.3%,轴承刚度大幅降低,打滑率上升了15.8%。并且,轴承套圈壁厚越厚,结果越接近刚性支撑假设的计算结果;轴承套圈壁厚越薄,鼠笼支撑带来的影响越显著。

关键词: 机械设计及理论, 滚动轴承, 鼠笼支撑, 结构变形, 载荷分布, 疲劳寿命

Abstract: An integrated squirrel-cage flexible support ball bearing quasi-dynamic iterative Finite Element Model (FEM) is established, which is used to calculate the deformation of the support structure and raceway. The dynamic characteristics of the bearing are analyzed using the noncircular raceway quasi-dynamic model. The internal load distribution of the integrated squirrel-cage flexible ball bearing is studied, and the influence of the integrated flexible support structure on the dynamic characteristics of the bearing is analyzed. The results show that the integrated squirrel-cage flexible support structure reduces the maximum bearing internal contact load by 10.94%, increases the fatigue lifetime by 11.3%, reduces the bearing radial stiffness by an order of magnitude, and increases the slide ratio by 15.8%.

Key words: machine design and theory, rolling bearing, flexible support, structural deformation, load distribution, fatigue life

中图分类号: 

  • TH133.33
[1] 毛宇泽, 王黎钦, 古乐. 负游隙对高速高温薄壁圆柱滚子轴承动态性能的影响分析[J]. 航空动力学报, 2016, 31(11):2795-2800.
Mao Yu-ze, Wang Li-qin, Gu Le.Influence of negative clearance on loading characteristics and fatigue life of cylindrical roller bearings[J]. Journal of Aerospace Power, 2016, 31(11):2795-2800.
[2] Franz-Josef E.An overview of performance characteristics, experiences and trends of aerospace engine bearings technologies[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2007, 20:378-384.
[3] Harris T A.Prediction of ball fatigue life in a ball/V-ring test rig[J].J Tribol,1997,119: 365-374.
[4] 崔立, 王黎钦, 郑德志. 航空发动机高速滚子轴承动态特性分析[J]. 航空学报, 2008, 29(2): 492-498.
Cui Li,Wang Li-qin, Zheng De-zhi.Analysis on dynamic characteristics of aero-engine high-speed roller bearings[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica,2008, 29(2): 492-498.
[5] Pinel S I, Signer H R, Zaretsky E V.Design and operating characteristics of high-speed, small-bore ball bearings[J]. Tribology Transactions, 1998,41(4):423-434.
[6] Adatepe H, Biyiklioglu A, Sofuoglu H.An investigation of tribological behaviors of dynamically loaded non-grooved and micro-grooved journal bearings[J]. Tribology International, 2013, 58: 12-19.
[7] Oswald F B, Zaretsky E V, Poplawski J V.Interference-fit life factors for ball bearings[J]. Tribology Transactions,2010,54(1):1-20.
[8] Harris T A, Broschard J L.Analysis of an improved planetary gear transmission bearing[J]. Journal of Fluids Engineering, 1964,86(3):457-461.
[9] 沈允文,张同卿,李树庭,等. 柔性滚动轴承的振动分析[J]. 机械科学与技术,1995(5):1-6.
Shen Yun-wen, Zhang Tong-qing, Li Shu-ting, et al.Vibration analysis of flexible rolling bearing[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering,1995(5):1-6.
[10] Yao T, Chi Y, Huang Y.Research on flexibility of bearing rings for multibody contact dynamics of rolling bearings[J].Procedia Engineering, 2012, 31: 586-594.
[11] Amasorrain J I, Sagartzazu X, Damian J.Load distribution in a four contact-point slewing bearing[J].Mechanism and Machine Theory, 2003, 38(6): 479-496.
[12] Kania L.Modelling of rollers in calculation of slewing bearing with the use of finite elements[J]. Mechanism and Machine Theory, 2006, 41(11): 1359-1376.
[13] Olave M, Damian J, Serna A, et al.Design of four contact-point slewing bearing with a new load distribution procedure to account for structural stiffness[J]. Journal of Mechanical Design, 2010, 132(2): 021006.
[14] Shu Ju, Wang Li-qin, Mao Yu-ze, et al.Iterative FEA method for load distribution of flexible supporting thin-section ball bearing[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2015,22(1):9-14.
[15] Ni Y, Liu W, Deng S, et al.Performance analysis of thin wall angular contact ball bearings considering the ferrule deformation[J]. Journal of Aerospace Power, 2010, 25(6):1432-1436.
[16] 史修江,王黎钦,郑德志. 考虑动力学特性的航空发动机主轴球轴承热弹流分析[J]. 摩擦学学报,2015,35(4):415-422.
Shi Xiu-jiang, Wang Li-qin, Zheng De-zhi.Thermal EHL analysis of aero-engine mainshaft ball bearing with dynamic characteristics[J].Tribology,2015, 35(4):415-422.
[17] Wang Y S, Yang B Y, Wang L Q.Investigation into the traction coefficient in elastohydrodynamic lubrication[J]. Tribotest, 2004, 11(2):113-124.
[18] 崔立, 王黎钦, 郑德志. 高速球轴承打滑的临界负荷研究[J]. 航空动力学报,2007,11(3):1971-1976.
Cui Li,Wang Li-qin,Zheng De-zhi.Study on critical load of skidding in high speed ball bearing[J]. Journal of Aerospace Power, 2007,11(3):1971-1976.
[19] 侯萍萍, 王黎钦, 柏迎村,等. 填脂量对高速电主轴轴承性能的影响[J]. 吉林大学学报:工学版, 2017, 47(2):518-523.
Hou Ping-ping,Wang Li-qin,Bai Ying-cun,et al.Effect of grease filling amount on the performance of bearing in high speed motorized spindle[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition),2017, 47(2):518-523.
[1] 朱伟,王传伟,顾开荣,沈惠平,许可,汪源. 一种新型张拉整体并联机构刚度及动力学分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1777-1786.
[2] 王继新, 翟新婷, 毕野虹天, 李莺莺. 基于AIC-K-means的载荷分段混合分布估计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1092-1098.
[3] 王春生, 邹丽, 杨鑫华. 基于邻域粗糙集的铝合金焊接接头疲劳寿命影响因素分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1848-1853.
[4] 王国林, 孙砚田, 梁晨, 杨建, 周海超. 应用满应力理论的轮胎轮廓设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 365-372.
[5] 曹珊珊, 雷俊卿. 考虑区间不确定性的钢结构疲劳寿命分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(3): 804-810.
[6] 蒋荣超, 王登峰, 秦民, 蒋永峰. 基于疲劳寿命的轿车后悬架扭转梁轻量化设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(1): 35-42.
[7] 邢保英, 何晓聪, 王玉奇, 邓成江. 多铆钉自冲铆接头力学性能机理[J]. 吉林大学学报(工学版), 2015, 45(5): 1488-1494.
[8] 邓成江,何晓聪,邢保英,王玉奇,曾凯,丁燕芳. 铝与铜异质板材自冲铆搭接接头的力学性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2015, 45(2): 473-480.
[9] 闫楚良, 郝云霄, 刘克格. 基于遗传算法优化的BP神经网络的材料疲劳寿命预测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2014, 44(6): 1710-1715.
[10] 韩志武,吕尤,牛士超,张俊秋,马荣峰,任露泉. 仿生表面形态对齿轮弯曲疲劳性能的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2011, 41(03): 702-705.
[11] 李显生, 霍娜, 田静姝, 门玉琢, 程超, 于海波. 空气悬架系统关键承载构件动载荷[J]. 吉林大学学报(工学版), 2011, 41(01): 12-0017.
[12] 赵春江, 梁波, 葛世东, 黄庆学. 求解高速球轴承载荷分布的简化矩阵模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(06): 1595-1598.
[13] 鲁金忠,张永康,顾韡,孔德军,冯爱新 . 激光复合处理K24超合金表面残余应力[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(02): 309-0313.
[14] 夏新涛,陈晓阳,张永振,王中宇,孙立明4 . 基于乏信息的滚动轴承振动与噪声的模糊预报[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(06): 1341-1345.
[15] 孟繁忠;程亚兵;李亚男 . 汽车链疲劳寿命分布规律[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(06): 889-0892.
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[1] 李静, 韩佐悦, 杨威, 邢国成, 周瑜. 基于非线性模型的磁流变半主动悬架驱动系统[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 645 -651 .
[2] 张琳, 章新杰, 郭孔辉, 王超, 刘洋, 刘涛. 未知环境下智能汽车轨迹规划滚动窗口优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 652 -660 .
[3] 赵二辉, 马彪, 李和言, 杜秋, 吴健鹏, 马成男. 非均匀接触对湿式离合器摩擦特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 661 -669 .
[4] 李启良, 曹冠宁, 李璇, 杨志刚, 钟立元. 三厢轿车多参数气动优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 670 -676 .
[5] 陈永恒, 刘鑫山, 熊帅, 汪昆维, 谌垚, 杨少辉. 冰雪条件下快速路汇流区可变限速控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 677 -687 .
[6] 李志慧, 胡永利, 赵永华, 马佳磊, 李海涛, 钟涛, 杨少辉. 基于车载的运动行人区域估计方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 694 -703 .
[7] 孙宝凤, 高坤, 申琇秀, 梁婷. 基于能力平衡和变覆盖半径的加油站网络扩充选址模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 704 -711 .
[8] 宫亚峰, 申杨凡, 谭国金, 韩春鹏, 何钰龙. 不同孔隙率下纤维土无侧限抗压强度[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 712 -719 .
[9] 钟兵, 洪伟, 金兆辉, 苏岩, 解方喜, 张富伟. 进气门早关液压可变气门机构运动特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 727 -734 .
[10] 江涛, 林学东, 李德刚, 顾静静. 压缩天然气缸内直喷发动机喷射方式对混合气形成及燃烧特性影响的模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 735 -743 .