[发明专利]球轴承可靠性设计方法

摘要

球轴承可靠性设计方法，其基于下述前提(一)认为滚动轴承滚动体与内外圈滚道的接触满足赫兹接触理论，滚动体与轴承内外圈滚道的接触类型为点接触或/和线接触；(二)球轴承可靠性设计方法满足下述要求首先建立深沟球轴承的柔性多体接触动力学模型，仿真分析深沟球轴承转动过程，得到各部件的角速度和动态接触冲击应力的变化规律，并以此为基础完成球轴承的可靠性设计。本发明为球轴承可靠性设计和疲劳寿命研究提供了参考方法。本发明的相关原理可以推广到所有可移植的相关技术领域。其具有潜在的较为巨大的经济价值和社会价值。

主权项

球轴承可靠性设计方法，其特征在于：(一)所述球轴承可靠性设计方法基于下述前提：认为滚动轴承滚动体与内外圈滚道的接触满足赫兹接触理论，滚动体与轴承内外圈滚道的接触类型为点接触或/和线接触；赫兹接触理论的相关具体地要求如下：①球轴承中，滚动体和内外圈滚道之间接触属于点接触，在载荷Q的作用下，接触点逐渐扩展为椭圆形接触面，在椭圆的中心点处，应力最大为σmax，椭圆的长轴长为2a，短轴长为2b，由赫兹接触理论知：σmax=3Q2πab---(1)]]>a=ma3QE′Σρ3---(2)]]>b=mb3QE′Σρ3---(3)]]>δ=2K(e)ma18(3E′)2Q2Σρ3---(4)]]>式中，Q为滚动体和内外圈滚道的接触载荷；a为接触椭圆区长半轴长；b为短半轴长；σmax为接触最大应力；δ为变形量；当量弹性模量E′表示为：1E′=12(1-μ12E1+1-μ22E2)---(5)]]>式中，E1，E2，μ1，μ2分别为滚动体和内外圈滚道的弹性模量和泊松比；②主曲率和∑ρ为滚动体和滚道接触处的主曲率之和，即：∑ρ＝ρ11+ρ12+ρ21+ρ22         (6)ma和mb分别为长轴和短轴系数，分别表示为：ma=2L(e)πk23---(7)]]>mb=2L(e)kπ3---(8)]]>式中，k为椭圆率，e为椭圆偏心率，K(e)和L(e)分别为与椭圆偏心率有关的第一和二类积分：椭圆偏心率e与椭圆率的关系为：e=1-k2---(10)]]>主曲率函数F(ρ)表示为：F(ρ)=|(ρ11-ρ12)+(ρ21-ρ22)|Σρ---(11)]]>同时也表示为：F(ρ)=(1+k2)L(e)-2k2K(e)(1-k2)L(e)---(12)]]>若轴承各部分几何尺寸已知，由式(13)‑式(17)和式(11)能够求得主曲率函数F(ρ)；再将式(9)、(10)代入(12)求得k，再由式(10)能够求得e，借此能够衡量轴承刚度；③在滚动体与内外圈接触载荷Q的作用下，由式(7)、(8)能分别求长半轴和短半轴系数；由式(1)和(4)能求接触区最大接触应力σmax和趋近量δ；对于点接触球轴承，其主曲率分别为：滚球：ρ11=ρ12=2Db---(13)]]>内圈：ρ21=2Db(γ1-γ)---(14)]]>ρ22=-1fmDb---(15)]]>外圈：ρ21=-1Db(γ1-γ)---(16)]]>ρ22=-1fouDb---(17)]]>式中，Db为滚球直径；γ=Dbcosαdm;dm=D+d2;fn=rinDb;fou=rouDb;]]>α为接触角；D为外圈内径；d为内圈外径；dm为滚动体中心圆直径；rm为内滚道半径；rou为外滚道半径；(二)球轴承可靠性设计方法满足下述要求：首先建立深沟球轴承的柔性多体接触动力学模型，仿真分析深沟球轴承转动过程，得到各部件的角速度和动态接触冲击应力的变化规律，并以此为基础完成球轴承的可靠性设计。