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【发明授权】一种高速四点接触球轴承使用工况选择方法_青岛理工大学_202110200034.5 

申请/专利权人:青岛理工大学

申请日:2021-02-23

公开(公告)日:2023-01-24

公开(公告)号:CN112855755B

主分类号:F16C19/16

分类号:F16C19/16

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2023.01.24#授权;2021.06.15#实质审查的生效;2021.05.28#公开

摘要:本发明公开了一种高速四点接触球轴承使用工况选择方法,即在转速和载荷工况与滚动体滚道动态接触状态之间建立联系,从而根据所需要的滚动体滚道正常接触状态即二点接触来选择轴承使用过程中所施加的转速和载荷范围。本发明利用运行过程中滚动体在内、外滚道上留下的接触轨迹直观地表征高速四点接触球轴承内部的接触状态,包括有几个点接触以及在什么位置接触,从而在转速和载荷工况参数与接触状态之间建立了直观联系,用来规范轴承使用时的转速和载荷工况选择,克服了现有技术中无法准确判断复杂工况条件下滚动体滚道动态接触状态的缺点;本发明中,能够根据转速和载荷工况预测一段运转时间内滚球与内、外滚道的二、三或四点动态接触状态。

主权项:1.一种高速四点接触球轴承使用工况选择方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一:建立四点接触球轴承的动力学坐标系统,包括惯性坐标系、组件连体坐标系、接触坐标系和方位坐标系,所述惯性坐标系包括笛卡尔直角坐标系O-XYZ即惯性直角坐标系O-XYZ、惯性圆柱坐标系,组件连体坐标系包括外圈连体坐标系和内圈连体坐标系,所述方位坐标系包括球体方位坐标系;步骤二:建立四点接触球轴承多体运动动力学模型,进行组件运动力学模型求解;根据组件一般运动动力学,列出接触球和内圈运动微分方程,其中,m为质量,J为转动惯量,ω为角速度,F为合力,M为合力矩,N为接触球球体个数;rbxb,rb,θb为接触球中心o相对惯性坐标原点O的向量,rrxr,yr,zr为内圈几何中心or相对惯性坐标原点O的向量;Fr为作用在内圈上的外部径向力,Fa为轴向力,MrMxr,Myr,Mzr为作用在内圈上的外部力矩,当内圈匀速转动时ωxr=ω,Mxr=0,上标字母均表示变量所在的坐标系;运动方程具体如下;球体在惯性圆柱坐标系O-xrθ中的三维质心运动方程为: 球体在方位坐标系o-xayaza中的三维旋转运动方程为: 内圈在惯性直角坐标系O-XYZ中的三维质心运动方程为: 内圈在内圈连体坐标系or-xryrzr中的三维旋转运动方程为: 步骤三:进行坐标转换及接触点位置计算,具体地说,进行变量在不同坐标系统的坐标转换,并且通过坐标转换计算在内、外圈连体坐标系中的接触点位置向量,用以表征滚动体滚道接触状态;为了获得内圈的姿态参数η,β,γ,联立求解姿态运动学方程: 内圈连体坐标系与惯性直角坐标系之间的转换矩阵Air通过如下矩阵来表达: 球体方位坐标系与惯性直角坐标系之间的转换矩阵为: 四个接触坐标系o1-xc1yc1zc1、o2-xc2yc2zc2、o3-xc3yc3zc3、o4-xc4yc4zc4和球体方位坐标系之间的转换矩阵为: 其中,j=1、2、3、4时表示接触坐标系为o1-xc1yc1zc1、o2-xc2yc2zc2、o3-xc3yc3zc3、o4-xc4yc4zc4的四种情况;四个接触点处的空间接触角α1和α2由以下方法获得:球中心相对于某接触点所在半套圈曲率中心的向量为: 其中,rrcj为接触点所在半套圈曲率中心相对于套圈几何中心的位置向量;根据位置向量定义一个单位向量eje1j,e2j,e3j为: 则有空间接触角: 步骤四:不断根据球体边缘与滚道之间的距离判定四个接触点接触与否: 其中,Rj为接触点所在半套圈的曲率半径,D为球体直径;当Δj≤0说明球体与滚道未接触,继续下一步时间变步长积分迭代,当Δj>0则产生接触变形,进行法向接触载荷和切向摩擦力及合力矩计算的同时,进行滚道接触位置计算;步骤五:进行滚道接触位置计算,在四个接触点所在的接触坐标系中,接触点相对于球中心的向量表达为: 接触点位置向量在外圈连体坐标系中表达为: 接触点位置向量在内圈连体坐标系中表达为: 其中,Rc和分别为接触点在外滚道和内滚道上的接触位置,每个积分时刻记录一次接触点位置,那么动力学模型一个给定时间区间内的接触点位置结果连起来就是接触点的运行轨迹;通过接触轨迹的输出,四个拟接触区是否存在接触以及存在二点、三点还是四点接触的情况,将直观地反映在内、外圈的滚道上;步骤六:通过改变内圈转速ω或外部载荷,获得此高速四点接触球轴承正常的二点接触状态,从而获得转速和载荷工况参数。

全文数据:

权利要求:

百度查询: 青岛理工大学 一种高速四点接触球轴承使用工况选择方法

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