基于ANSYS_LS_DYNA的滚动轴承仿真与分析good- 摩擦系数

时间：2025-04-20

ANSYS LS_DYNA 滚动轴承仿真

第24卷第9期2007年9月

机　械　设　计

JOURNALOFMACHINEDESIGNVol.24　No.9

Sep.　　2007

基于ANSYS/LS-DYNA的滚动轴承仿真与分析

张乐乐,高祥,谭南林,樊莉

(北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京　100044)

摘要:基于ANSYS/LS-DYNA建立了滚动轴承的有限元模型,有效处理了考虑摩擦条件的接触问题,实现了滚动轴承显式动力学的运动过程仿真。并以6003深沟球轴承为例,进行了试算和相关参数的仿真与分析,结果表明,与滚动轴承运动的实际情况基本吻合。不同工况下的参数仿真分析是进一步研究故障轴承运动仿真与分析的基础。

关键词:滚动轴承;显式动力学;仿真中图分类号:TH133;TB122　　文献标识码:A　　文章编号:1001-2354(2007)09-0062-03　　滚动轴承是应用最为广泛的一类机械部件,也是最易受损

的部件之一。在轨道交通方面,滚动轴承是铁路机车车辆安全运行的关键部件之一,全构成重大影响,裂损等共16种,碰到。起的,,或是热处理工艺不过关,这种原始的隐患是对行车安全的最大威胁,其次,滚动轴承在运行中难免会出现不同程度的损伤,而在高速、重载、长交路下运行的列车,轴承的故障往往会迅速扩大,在短时间内造成热轴、燃

[5]

轴、

切轴,而最终导致列车颠覆等重大行车事故。

因此,通过仿真方法掌握轴承的故障特征,及时地、有针对性地监测、检查与维护是避免事故的有效手段[6]。以滚动轴承为研究对象,在物理模型的基础上,采用贴近实际的材料模型,考虑摩擦条件下的接触模型和约束条件,实现基于显式动力学的有限元仿真,并进行实例计算与参数仿真分析,进一步探讨正常轴承运动过程状态特性,是对有损轴承运动故障特征研究的基础。

at=

t-t

-2t

Δt)t+(2)(3)

t-Δt

Δt)t+

将式(2)、式(3)代入式(1)可得求解各个离散时间点解的递推公式如下:

Δt2

Δt

MΔtt+

=Q-K-

Δt

M-

t-Δt

(4)

在给定初始条件和一定的起步计算方法后就可以利用式

(4)求解各个离散时间点的位移值。

2　有限元模型的建立

滚动轴承内部的工作情况很复杂。一般情况下,与轴承配套的主机主轴作匀速转动,轴承的内圈随之作匀速转动,在力的作用下,滚动体在轴承内部一方面产生绕轴承轴线的公转运动,同时产生绕自身轴线的自转运动。由于滚动体的受载随位置的不同而不同,使得原本应该随套圈作匀速转动的滚动体公转运动变得随位置的变化而产生了变化。滚动轴承工作时,滚动体分为受载区滚动体和非受载区滚动体。受载区内的滚动体运动受控于滚道,同步于套圈的运动;非受载区内,由于存在着阻尼,滚动体的运动滞后于套圈。这种运动的同步与滞后的交替,使得滚动体与保持架兜孔之间产生带有微量撞击现象的不连续作用,从而导致保持架的运动复杂化。

针对滚动轴承运动的特点,在仿真过程中的基本假设如下:

(1)由于轴承的倒角和边棱对轴承内部应力分布的影响很

1　基本控制方程

ANSYS/LS-DYNA是以非线性动力分析为主,应用显式时

间积分的大型有限元分析程序。在动力学有限元分析中,系统

的求解方程为:

(t)+CMa¨

(t)+K(t)=Q(t)

(1)

(t)—式中:a¨——系统的节点加速度向量;

(t)———系统的节点速度向量;

M———质量矩阵;C———阻尼矩阵;K———刚度矩阵;