[发明专利]一种球轴承接触刚度计算方法

说明书

本发明涉及一种球轴承接触刚度计算方法，首先根据球轴承的内部尺寸参数和球轴承载荷，解析确定球轴承内部接触区域参数；然后求解轴承内部载荷分布，确定内滚道和外滚道的接触角、轴承整体轴向、径向位置偏移、以及内、外滚道的接触变形；最后根据轴承的外部载荷和轴承整体的轴向、径向位置偏移，最终确定球轴承接触刚度。能够考虑球轴承不同的转速、载荷工作条件，精确确定球轴承接触刚度。

技术领域

本发明球轴承优化设计技术领域，具体涉及球轴承接触刚度计算方法。

背景技术

轴承是数控装备进给轴和工业机器人关节的主要支撑部件，在外部载荷作用下，轴承内部界面的接触刚度是影响数控装备和工业机器动力学特性的主要因素之一。

在理论上关于轴承分析时，一般是假定轴承内外圈是不发生弹性变形的刚体，弹性变形只发生在滚动体上，滚动体与内外圈的接触只会产生局部的接触变形而不会改变内外圈的整体形状和尺寸。这种处理方法虽然为内外圈的位移和轴承弹性变形分析带来了很大的方便，但是它没有反映出轴承内外圈的变形因素，从而无法准确预测轴承的接触刚度。

现在也有采用有限元离线分析的方法，通过确定球轴承的刚度矩阵以及接触角度来确定接触刚度，但此种方法难以实现在线监测球轴承在不同工作条件下的接触刚度实时变化情况，无法实际工业应用。

因而，传统的球轴承接触刚度计算方法更多的是具有理想模型与经验意义，其精度上不够准确、实时应用效率上也不够高效。

发明内容

有鉴于此，本发明拟公开一种球轴承接触刚度计算方法，能够考虑球轴承不同的转速、载荷工作条件，精确确定球轴承接触刚度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种球轴承接触刚度计算方法，其特征在于包括如下步骤：

1)首先根据球轴承的内部尺寸参数和球轴承载荷，解析确定球轴承内部接触区域参数；

2)根据球轴承的内部接触区域参数，求解轴承内部载荷分布，确定内外滚道接触角、轴承整体轴向、径向位置偏移、以及内、外滚道的接触变形；

3)根据轴承的外部载荷和轴承整体的轴向、径向位置偏移，最终确定球轴承接触刚度。

上述方法中，步骤1)中所述球轴承的内部尺寸参数包括：内滚道半径r_i，外滚道半径r_o、内滚道的曲率半径r_i’、外滚道的曲率半径r_o’、内滚道的曲率中心、外滚道的曲率中心、轴承的节径r_m、滚动体的半径r_b；内滚道曲率中心和外滚道曲率中心之间的距离BD＝r′_o+r′_i-2r_b＝(f_i+f_o-1)2r_b、球轴承的径向间隙P_d＝2r_o-2r_i-4r_b、球轴承的初始接触角和各滚动体角度位置ψ_j＝2π(j-1)/Z；其中，f_i＝r_i’/2r_b,f_o＝r_o’/2r_b，j表示各滚动体的编号，j＝1,2,…,Z，Z表示该轴承的滚动体个数。

上述方法中，步骤1)中首先建立无外部载荷情况下接触区域参数计算模型，设定滚动体和内、外滚道之间的弹性接触是两个具有不同曲率的椭球体的接触，各椭球体各自经过接触区域的两个主平面各自确定一个点，两个椭球体在所述的点上实现单点接触，也即滚动体和内滚道之间、以及滚动体和外滚道之间均为单点接触；由滚动体和内滚道接触的接触曲率半径关系、滚动体和外滚道接触的接触曲率半径关系联合确定两个椭球体接触时的接触曲率半径。