[发明专利]基于局部精细接触模型的轴承等效径向刚度识别方法

说明书

本发明公开一种基于局部精细接触模型的轴承径向刚度识别方法，步骤如下：1)建立轴承局部精细接触模型；2)建立轴承整体等效模型；3)分别对两个模型进行静力计算，观察两者的中心点径向位移量；4)以局部精细接触模型的中心点径向位移量为标准，调整整体等效模型弹簧单元的刚度值，使其中心点径向位移量与局部精细接触模型的中心点径向位移量相同，则认为此时弹簧单元总刚度值就是轴承整体在载荷F_r下的径向刚度值；5)改变外载荷F_r大小，得到多组载荷下的识别刚度值，从而拟合出轴承径向刚度随载荷变化的曲线，最终识别得到轴承等效径向刚度变化图；6)设计合理的轴承模态试验方案，验证上述识别刚度的准确性。

技术领域：

本发明涉及一种基于局部精细接触模型的轴承等效径向刚度识别方法，其属于系统参数识别领域。

背景技术：

轴承刚度定义为：轴承内外圈在产生单位相对弹性位移量时需要外加的负载。参照相对位移变化方向，可分为径向刚度、轴向刚度和角刚度等。对具有回转体的机械设备而言，其支撑轴承的刚度是决定轴承，轴，甚至整个系统使用寿命的关键性参数。通常情况下，在有限元分析阶段，为避免轴承滚子和内外圈的接触分析，我们把轴承的滚子简化为多排多个的弹簧单元，从而将识别轴承的等效刚度化作识别弹簧单元的刚度值。为获得该弹簧单元的准确刚度，一般需要对轴承进行相关试验(刚度测试试验或模态试验)。

毋庸置疑，上述常用的试验结合仿真的方法是获取准确轴承等效刚度、进行后续分析的有效保障，但当出现现场试验实施困难、试验成本太高、研究对象还处于设计阶段等情况时，找到某种有效方法代替试验来识别轴承的等效刚度很有必要，从而能在一定程度上保证有限元分析的准确性。

发明内容：

本发明在考虑轴承现场试验无法实施的情况下，提出一种基于局部精细接触模型的轴承等效径向刚度识别方法，能够一定程度上保证在有限元分析阶段进行轴承等效径向刚度准确性，有利于后期基于该轴承刚度的系统响应分析。

本发明所采用的技术方案有：一种基于局部精细接触模型的轴承径向刚度识别方法，步骤如下：

1)建立轴承局部精细接触模型，选取轴承最底端滚子的一半作为研究对象，建立其精细接触模型，即轴承局部精细接触模型；

2)建立轴承整体等效模型，在轴承内外圈之间建立多个弹簧-阻尼单元代替滚动体，并给弹簧-阻尼单元赋任意初始刚度值；

3)静力接触计算，分别在上述两个模型的中心点施加径向外载荷1/2Q和F_r，F_r代表的是轴承整体受到的径向外载荷，Q代表此时最底端滚子受到的载荷大小，两者的关系如公式(1)所示，其中Z表示滚子的数量，在对应的载荷和边界条件下，分别对两个模型进行静力计算，观察两者的中心点径向位移量δ₁和δ₂

4)等效径向刚度识别，以局部精细接触模型的中心点径向位移量为标准，调整整体等效模型弹簧-阻尼单元的刚度值，使其中心点径向位移量与局部精细接触模型的中心点径向位移量相同，则认为此时弹簧单元总刚度值就是轴承整体在载荷F_r下的径向刚度值；

5)改变外载荷F_r大小，重新建立对应载荷下的局部精细接触模型，按照步骤3)和4)重新进行静力计算和等效径向刚度识别，得到多组载荷下的识别刚度值，从而拟合出轴承径向刚度随载荷变化的曲线，最终识别得到轴承等效径向刚度变化图；

6)设计合理的轴承模态试验方案，验证上述识别刚度的准确性。

进一步地，其中步骤6)具体包括：