一、基于动力学仿真分析的设计技术


滚动轴承动力学仿真分析研究的是轴承零件的运动和载荷的关系ag体育。  滚动轴承的动力学研究分为四个阶段:静力学模型、拟静力学模型、拟动力学模型、动力学模型。  目前我国轴承设计计算的先进水平是采用静力学模型、拟静力学模型ag体育,采用拟动力学模型的凤毛麟角,量大面广的中小轴承企业,还处在模仿设计和经验设计阶段ag体育。而SKF等国际跨国轴承公司已应用基于动力学仿真分析的设计技术。  跨国轴承公司在已构建的轴承分析设计理论基础上,结合多年的研发经验和数据积累,开发了各自的轴承动力学建模和仿真分析软件,支撑轴承分析设计工作ag体育。  NSK的Aramaki开发了滚动轴承动力学分析软件包BRAIN,并分别以圆柱滚子轴承、调心滚子轴承ag体育、四点接触球轴承为实例ag体育,开展轴承力矩、PV值等相关实验ag体育,以验证程序的准确性ag体育。  SKF的Stake等开发了BEAST软件,用于滚动轴承动力学仿真分析。该软件可用于保持架运动特性分析。  SCHAEFFLER已开发了动力学建模和仿真软件BearingXag体育。Sadeghi等构建具有6自由度的圆柱滚子轴承动力学分析模型。该模型可分析转速ag体育、滚动体尺寸变化ag体育、保持架的对称性等对保持架稳定性的影响ag体育。SCHAEFFLER的X-life新产品比上一代标准产品承载能力提高20%,寿命提高70%,摩擦降低50%。性能提升主要是通过以下三个方面实现:一是对表面质量的改善,使用全新的方法Abbott曲线来评价精加工表面的质量,通过对Rkag体育,Rvk,Rpk三个参数的限定,在增加实际接触面积减少应力的同时保留润滑油脂的存贮空间ag体育。二是采用优化的材料和热处理ag体育ag体育,使得其具有更强的对抗污染和防止裂纹产生的能力,从而提高寿命ag体育。三是优化了内部的结构,使用更加符合应用的内部油沟和滚道面的型线设计ag体育。在X-life的基础上,SCHAEFFLER进一步提高产品性能ag体育。SCHAEFFLER研发的新型轴承专用材料Mancrodur,提高Mn的含量,降低Cr的含量ag体育,结合X-life和碳氮共渗技术ag体育,可获得更细密的组织以提高耐磨性和抵抗裂纹的产生同时具有更高的表面压应力ag体育?ag体育?梢栽赬-life的基础上将额定动载荷再提高30%,同时原材料成本和生产成本比采用传统轴承钢大幅降低。SCHAEFFLER采用KBE大幅度提高方案的有效性,缩短研发周期ag体育,快速给客户提供最佳解决方案。KBE(Knowledge Based Engineering)结合SCHAEFFLER多年的轴承设计经验和综合知识ag体育,能辅助设计工程师根据客户的尺寸ag体育,载荷等需求快速提供轴承设计方案,并且充分应用零件的标准化完成最佳的成本设计。KBE工具和设计软件如Pro/E,计算软件如BearingX等完美对接ag体育,具备设计计算和数据库一体化功能ag体育,并且链接SAP系统,能快速创建生产所需的物料号和清单ag体育,高效辅助设计人员完成客户定制以及生产数据对接ag体育ag体育。

二、滚动接触疲劳寿命计算

  20世纪40年代,瑞典科学家Lundberg和Palmgren以滚动接触条件下的赫兹接触理论为基础,并考虑材料内部缺陷的概率分布,提出了著名的轴承滚动接触疲劳寿命设计计算的理论公式(简称为L-P理论)ag体育。经过数十年的修正,形成了滚动轴承疲劳寿命计算的国际标准。  但是,基于L-P理论形成的国际标准,并不完全适用于表面起源型疲劳失效的寿命计算,对于航空发动机主轴轴承,常见的高速轻载打滑擦伤这类失效形式ag体育,L-P理论则完全不适用。对此,现在还没有广泛认可的寿命设计计算模型。  在这种情况下,国际跨国轴承公司致力于更符合轴承实际运转情况的性能分析工具的开发。如SKF开发的BEAST软件。没有采用滚道控制等假设进行动力学仿真。NSK的BRAIN软件抛弃了传统轴承计算的“纯滚动”的假设,实现了对轴承旋转的动态多功能ag体育、全方位的仿真分析。