[发明专利]一种含表面织构的圆柱滚子轴承接触载荷计算方法

说明书

本发明公开了一种含表面织构的圆柱滚子轴承接触载荷计算方法，包括以下步骤：步骤一：构建含表面织构的圆柱滚子轴承的几何模型，若干表面织构设置在圆柱滚子轴承的内滚道表面；步骤二：构建表面织构的表面润滑模型；步骤三：计算表面织构的油膜承载力，表面织构经表面润滑模型计算后可得到含表面织构的圆柱滚子轴承的内滚道压力分布及接触区域的变形，对圆柱滚子轴承的内滚道压力进行积分即为表面织构的油膜承载力，圆柱滚子轴承的内滚道为承载面；步骤四：根据表面织构的油膜承载力计算圆柱滚子轴承内部接触载荷的分布。本发明的通过计算得到设置有表面织构的圆柱滚子轴承的接触载荷，验证表面织构对圆柱滚子轴承润滑性能的积极作用。

技术领域

本发明涉及圆柱滚子轴承表面织构技术领域，特别是涉及一种含表面织构的圆柱滚子轴承接触载荷计算方法。

背景技术

滚动轴承作为支撑轴及轴上零件的重要元件，在机械行业中有着举足轻重的作用。由于处在复杂变化的工况条件下经常由于润滑效果不好而导致内外滚道或滚子的失效，因此如何提高滚动轴承的润滑性能是必须要面对的问题。

表面织构是利用物理或化学方法在摩擦副的表面加工出具有一定规则排列的微几何形貌。这些微几何形貌可以作为微储油池储存润滑油，在边界润滑或混合润滑时提供润滑，也可以产生附加流体动压力，提升动压承载力，有效地减小摩擦。此外，在干摩擦状态下还可以作为储屑槽俘获磨屑，从而降低磨损。表面织构作为一种改变表面接触状态及润滑状态的有效手段，有必要将其应用到滚动轴承来改善滚道与滚子之间的摩擦。

发明内容

本发明的目的是提供一种含表面织构的圆柱滚子轴承接触载荷计算方法，以解决上述现有技术存在的问题，在圆柱滚子轴承表面设置表面织构，通过计算得到设置有表面织构的圆柱滚子轴承的接触载荷，验证表面织构对圆柱滚子轴承润滑性能的积极作用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种含表面织构的圆柱滚子轴承接触载荷计算方法，包括以下步骤：

步骤一：构建含表面织构的圆柱滚子轴承的几何模型，若干所述表面织构设置在所述圆柱滚子轴承的内滚道表面；

步骤二：构建所述表面织构的表面润滑模型；

步骤三：计算所述表面织构的油膜承载力，所述表面织构经所述表面润滑模型计算后可得到含所述表面织构的所述圆柱滚子轴承的内滚道压力分布及接触区域的变形，对所述圆柱滚子轴承的内滚道压力进行积分即为所述表面织构的油膜承载力，所述圆柱滚子轴承的内滚道为承载面；

步骤四：根据所述表面织构的油膜承载力计算所述圆柱滚子轴承内部接触载荷的分布。

优选的，所述表面织构为矩形，若干所述表面织构采用圆周和线性阵列布置，所述表面织构的构成参数包括径向深度、轴向宽度、沿周向的角度以及所述表面织构在所述承载面的面积比。

优选的，构建所述表面织构的表面润滑模型时，采用三维建模软件SOLIDWORKS建立含所述表面织构的所述圆柱滚子轴承的几何模型，对所述圆柱滚子轴承几何模型进行简化，忽略所述圆柱滚子轴承保持架及圆角的因素，所述圆柱滚子轴承中滚子和滚道之间的间距设置为δ_γ-P_d，其中δ_γ为所述圆柱滚子轴承的内、外滚道之间的相对位移量，P_d为所述圆柱滚子轴承的径向游隙。

优选的，将含所述表面织构的所述圆柱滚子轴承的几何模型导入有限元仿真软件ANSYS Workbench中，并采用流-固耦合的方法实现接触区域摩擦副的变形，用有限元仿真软件ANSYS Workbench中的系统耦合模块System Coupling将流体分析模块Fluent和瞬态分析模块Transient Structural连接进行双向耦合计算。

优选的，所述流-固耦合的方法中的流体控制方程包括连续性方程和N-S方程，所述连续性方程为：