滾針凸度修型對滾動(dòng)軸承應(yīng)力分析的影響

陸中央 程林 馮相永 胡斌

摘要：針對滾針凸度修型對滾動(dòng)軸承應(yīng)力分析的影響，以KIRD234021型滾動(dòng)軸承為研究對象。首先，建立兩種完整的有限元模型：滾子無凸度和滾子相切圓弧修型（中間直母線兩端R弧修型）;其次，分別計(jì)算滾子無凸度和滾子相切圓弧修型（中間直母線L=5mm時(shí)兩端圓弧半徑R300mm～1000mm）時(shí)軸承內(nèi)圈滾道應(yīng)力云圖。直母線長度L=5mm時(shí)，修型R弧半徑在300mm～700mm時(shí)，滾針應(yīng)力隨R弧半徑增大而降低，當(dāng)R弧半徑在700mm～1000mm時(shí)，滾針應(yīng)力隨R弧半徑增大而增大，因此R弧半徑約為700mm時(shí)滾針應(yīng)力最小，此時(shí)對應(yīng)滾針凸度值約為0.006mm。

關(guān)鍵詞：仿真分析;滾動(dòng)軸承;凸度修型;?中圖分類號：TU?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號：（2021）-06-361

0引言

圓柱滾子軸承主要應(yīng)用于高強(qiáng)度、重負(fù)荷的工程設(shè)計(jì)中[1]。通常滾子在載荷作用下會(huì)壓入套圈滾道一微小深度，使?jié)L道在滾子端部外側(cè)材料處于拉伸狀態(tài)，滾子端部壓應(yīng)力將高于接觸中心的應(yīng)力，這種現(xiàn)象被稱為“邊緣效應(yīng)”[2]。由于“邊緣效應(yīng)”的影響，滾動(dòng)軸承的疲勞破壞常常過早地出現(xiàn)在滾子端部和滾道兩側(cè)，成為引起滾動(dòng)軸承疲勞破壞的重要原因。自上世紀(jì)60年代以來邊緣效應(yīng)引起軸承過早疲勞失效的問題受到了各國學(xué)者的廣泛重視，成為摩擦學(xué)研究的一個(gè)重要課題——即凸度設(shè)計(jì)[2]。凸度設(shè)計(jì)包含凸型設(shè)計(jì)和凸度量計(jì)算兩部分，其中凸型研究是滾子凸度設(shè)計(jì)應(yīng)用的基礎(chǔ)[1]。滾子凸度一般包括 5種類型[1]，即： 直線型、圓弧半凸型、圓弧全凸型、修正線型和對數(shù)型。滾子凸度設(shè)計(jì)應(yīng)使凸型曲線連續(xù)光滑，且其曲率變化應(yīng)平緩[1]。

軸承模型

如圖1-a、1-b、1-c所示分別為滾子直線型和相切圓弧修型模型。兩個(gè)模型均利用CATIA軟件建立三維數(shù)模，導(dǎo)入Nastran中的Sweep模塊進(jìn)行網(wǎng)格前處理，對其模型進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，分別獲得有限元模型節(jié)點(diǎn)數(shù)量286351、302542、單元數(shù)量86542、89627。

2.滾子相切圓弧修型時(shí)內(nèi)圈滾道接觸應(yīng)力

圖2所示為中間5mm長直母線，兩端不同R弧修型內(nèi)圈滾道接觸應(yīng)力云圖。圖2-a所示為L=5mm，R=300mm時(shí)內(nèi)圈滾道應(yīng)力云圖，由圖可知軸承滾道兩側(cè)的邊緣有明顯的應(yīng)力集中。

圖2-b所示為L=5mm，R=400mm時(shí)內(nèi)圈滾道應(yīng)力云圖。由圖可知滾道最大接觸應(yīng)力為1391 MPa，較圖2-a略有降低，且應(yīng)力集中帶有上移的趨勢，存在少量的偏載現(xiàn)象。

從圖2-a到圖2-e所示，內(nèi)圈滾道最大接觸應(yīng)力值不斷降低，由最高的1406 MPa到最低的1357MPa，應(yīng)力集中帶略有上移，存在少量的偏載現(xiàn)象。

由圖2-e到圖2-h所示，內(nèi)圈滾道最大接觸應(yīng)力值不斷上升，由最低的1357MPa上升到2886MPa，雖然應(yīng)力值上升了，但應(yīng)力集中現(xiàn)象有所緩解，幾乎不存在偏載現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1]王世峰，段富宣，姚志國. 制造技術(shù)與機(jī)床[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，2018， （7）：91-92

[2]劉良勇，孫朝陽，張延彬.滾子不同修形母線接觸應(yīng)力分布對比[J]. 哈爾濱軸承，2015（1）：6-8

基金項(xiàng)目：2020年安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究項(xiàng)目“基于KIRD234021-YA型滾針凸度修型及偏載對滾動(dòng)軸承接觸應(yīng)力的影響”（YJY-2020-26）;

2）第一作者簡介：陸中央（2002-），男，在校學(xué)生，專業(yè)方向：汽車零部件檢測與維修技術(shù);

3）通信作者簡介：胡斌（1989-），?男，講師，碩士研究生，研究方向：車輛零部件設(shè)計(jì)與制造

滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院?機(jī)械與汽車工程學(xué)院?安徽?滁州?239000