[发明专利]基于载荷分布和疲劳寿命的空心圆柱滚子轴承参数优化方法

权利要求书

1.一种基于载荷分布和疲劳寿命的空心圆柱滚子轴承参数优化方法,其特征在于：包括以下步骤：

S1：根据工况要求获取轴承的工作载荷和预期疲劳寿命，进而初步确定空心圆柱滚子轴承的内外圈尺寸、滚动体数目、滚动体空心度及轴承径向游隙的设计参数信息；

S2：计算空心圆柱滚子轴承的载荷分布：

S21：根据滚子的接触变形理论提出空心度与空心圆柱滚子接触变形量δ_c的关系；所述空心度h_r与空心圆柱滚子接触变形量δ_c的关系为：

δ_c＝f(λ,q,r,h_r) (1)

式中，λ＝2(1-μ²)/πE，μ和E分别为滚子材料的泊松比和弹性模量，q为作用在空心圆柱滚子上的线载荷，r为空心圆柱滚子的外圆半径，h_r为空心圆柱滚子的空心度，h_r＝r_i/r，r_i为空心圆柱滚子的内孔圆半径；

S22：建立空心圆柱滚子接触变形量的有限元模型，采用有限元分析软件对空心圆柱滚子的接触变形量进行物理仿真，验证滚子的空心度h_r与空心圆柱滚子的接触变形量的关系；

S23：结合滚子的接触变形理论，计算空心圆柱滚子接触变形量δ_c；空心圆柱滚子接触变形量δ_c采用如下方式计算：

式中，系数k的大小根据有限元计算结果进行确定；

S24：计算空心圆柱滚子的弯曲变形量δ_b，根据空心圆柱滚子的接触变形量δ_c和空心圆柱滚子的弯曲变形量δ_b计算空心圆柱滚子的弹性趋近量δ_hr；

S25：建立套圈的载荷变形关系式和空心圆柱滚子与套圈接触的载荷变形拟合公式；

S26：建立空心圆柱滚子轴承的径向载荷平衡方程和载荷平衡方程，计算空心圆柱滚子轴承所承受的径向载荷从而获得空心圆柱滚子轴承的各位置角处滚动体与套圈的接触载荷；

S27：计算套圈的额定滚动体载荷、套圈的当量滚动体载荷和轴承的疲劳寿命；

S3：将通过S1和S2计算出的空心圆柱滚子轴承的疲劳寿命与预期疲劳寿命进行对比分析，对疲劳寿命小于预期值的轴承进行参数优化。

2.根据权利要求1所述的基于载荷分布和疲劳寿命的空心圆柱滚子轴承参数优化方法，其特征还在于：

所述空心圆柱滚子弯曲变形量δ_b采用如下方式计算：

式中，q为线载荷，E为空心圆柱滚子材料的弹性模量，h_r为空心圆柱滚子的空心度，h_r＝r_i/r，r为空心圆柱滚子的外圆半径，r_i为空心圆柱滚子的内孔半径，待定系数k₁、k₂、k₃、m及n的大小，需要根据有限元计算结果进行确定。

3.根据权利要求2所述的基于载荷分布和疲劳寿命的空心圆柱滚子轴承参数优化方法，其特征还在于：

空心圆柱滚子的弹性趋近量δ_hr采用如下方式：

4.根据权利要求3所述的基于载荷分布和疲劳寿命的空心圆柱滚子轴承参数优化方法，其特征还在于：

所述套圈的载荷变形关系式采用如下方式计算：

空心圆柱滚子轴承的载荷变形公式为

δ_h＝δ_hr+2δ_f＝δ_c+δ_b+2δ_f (6)

将该公式进行拟合获得空心圆柱滚子与套圈的载荷变形公式为：

式中，Q为滚动体载荷，K_h为空心圆柱滚子与套圈的接触刚度系数，α为接触变形量指数，(7)式参数K_h和α需要通过对(6)式进行数据拟合获得。