[发明专利]一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法

说明书

一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，包括：步骤1、构建轴连轴承通用静力学模型；步骤2、基于轴连轴承通用静力学模型计算芯轴的变形量；步骤3、计算各滚动体列与滚道间的接触变形量，并且基于赫兹接触理论计算各滚动体列的受载量，得到各滚动体列的载荷方程组；步骤4、根据各滚动体列的受载量、各滚动体列的静态参数建立芯轴的静力平衡方程组；步骤5、联立芯轴的静力平衡方程组和各滚动体列的载荷方程组，利用牛顿‑拉夫逊数值分析方法对方程组迭代求解得出各滚动体列位置处的综合变形量，根据得出的综合变形量计算轴连轴承内部载荷分布情况。本发明通过精确计算轴连轴承的变形量，实现对轴连轴承受力情况的精确分析。

技术领域

本发明涉及轴连轴承领域，具体的说是一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法。

背景技术

轴连轴承是一种整体式轴承，主要由外圈、滚动体、保持架密封圈和芯轴组成。传统的轴连轴承按其滚动体的形状可以分为球-球型(WB型)和滚子-球型(WR型)两种基本结构。WB型轴连轴承适用于承受较小径向和轴向载荷的部分场合，而WR型轴连轴承既具有球轴承可承受径向载荷和轴向载荷的特点，又具有滚子轴承承受较大的径向载荷的优点，适用于较高载荷和一定冲击载荷的场合。与普通轴承相比，轴连轴承具有外形尺寸小、结构紧凑、安装方便、成本低廉等优点，目前广泛用于轿车、汽车、卡车等发动机等其他机械中。

然而随着我国机械行业各类机械设备的不断更新换代，对作为各类机械冷却系统中重要部件的水泵的性能要求越来越高，就汽车水泵轴连轴承而言，由于汽车行业正朝着高转速、大承载、长寿命方向发展，传统的水泵轴承逐渐不能满足新的性能需求。针对这个问题，提出了一种两柱一球型(W2R型)新型轴连结构，和两球一柱型(W2B型)新型轴连结构。

新型的轴连轴承性能优良，但是因为结构较为复杂，导致对其进行力学分析时非常困难，现有技术中的分析方法大多从传统轴连轴承的分析方法延伸而来，难以准确地表现出新型轴连轴承的实际受力情况和载荷分布。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，通过精确计算轴连轴承的变形量，实现对轴连轴承受力情况的精确分析。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，所述组合式轴连轴承包括芯轴、外圈和设置在芯轴与外圈之间的m个滚动体列，滚动体为钢球或滚子，所述方法包括如下步骤：

步骤1、构建轴连轴承通用静力学模型；

步骤2、基于轴连轴承通用静力学模型计算芯轴的变形量；

步骤3、计算各滚动体列与滚道间的接触变形量，并且基于赫兹接触理论计算各滚动体列的受载量，得到各滚动体列的载荷方程组；

步骤4、根据各滚动体列的受载量、各滚动体列的静态参数建立芯轴的静力平衡方程组；

步骤5、联立芯轴的静力平衡方程组和各滚动体列的载荷方程组，利用牛顿-拉夫逊数值分析方法对方程组迭代求解得出各滚动体列位置处的综合变形量，根据得出的综合变形量计算轴连轴承内部载荷分布情况。

所述步骤1中，构建轴连轴承通用静力学模型的具体步骤包括：

步骤1.1、将所述滚动体等效为能够承受轴向载荷、径向载荷和力矩的弹簧；

步骤1.2、构建(x,y,z)三轴坐标系，三轴坐标系的原点在所述芯轴的轴线上，并且所有的所述滚动体列均位于原点的一侧，三轴坐标系的x轴和y轴定义在芯轴的截面上，三轴坐标系的z轴定义为芯轴的轴线，并且z轴的正方向为从原点到滚动体列的方向；

步骤1.3、定义如下参数：

l_j(1≤j≤m)、第j滚动体列中心到原点的轴向距离；