[发明专利]一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法

权利要求书

1.一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，所述组合式轴连轴承包括芯轴、外圈和设置在芯轴与外圈之间的m个滚动体列，滚动体为钢球或滚子，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1、构建轴连轴承通用静力学模型；

步骤2、基于轴连轴承通用静力学模型计算芯轴的变形量；

步骤3、计算各滚动体列与滚道间的接触变形量，并且基于赫兹接触理论计算各滚动体列的受载量，得到各滚动体列的载荷方程组；

步骤4、根据各滚动体列的受载量、各滚动体列的静态参数建立芯轴的静力平衡方程组；

步骤5、联立芯轴的静力平衡方程组和各滚动体列的载荷方程组，利用牛顿-拉夫逊数值分析方法对方程组迭代求解得出各滚动体列位置处的综合变形量，根据得出的综合变形量计算轴连轴承内部载荷分布情况；所述步骤1中，构建轴连轴承通用静力学模型的具体步骤包括：

步骤1.1、将所述滚动体等效为能够承受轴向载荷、径向载荷和力矩的弹簧；

步骤1.2、构建(x,y,z)三轴坐标系，三轴坐标系的原点在所述芯轴的轴线上，并且所有的所述滚动体列均位于原点的一侧，三轴坐标系的x轴和y轴定义在芯轴的截面上，三轴坐标系的z轴定义为芯轴的轴线，并且z轴的正方向为从原点到滚动体列的方向；

步骤1.3、定义如下参数：

l_j(1≤j≤m)、第j滚动体列中心到原点的轴向距离；

F_jx(1≤j≤m)、第j滚动体列在x轴方向的径向载荷分量；

F_jy(1≤j≤m)、第j滚动体列在y轴方向的径向载荷分量；

F_jz(1≤j≤m)、第j滚动体列在z轴方向的轴向载荷；

M_jx(1≤j≤m)、第j滚动体列在x轴方向的力矩分量；

M_jy(1≤j≤m)、第j滚动体列在y轴方向的力矩分量；

a_i(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷到原点的轴向距离；

P_ix(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在x轴方向的分量；

P_iy(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在y轴方向的分量；

P_iz(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在z轴方向的分量；

T_ix(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在x轴方向的力矩分量；

T_iy(1≤i≤n)、作用在芯轴上的第i个外部载荷在y轴方向的径向力倾斜弯矩分量。

2.如权利要求1所述的一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，其特征在于：所述步骤2中的具体方法包括：

步骤2.1、计算芯轴上对应各滚动体列中心截面处的弯矩：

式中，M_x为芯轴任意轴向位置处截面上绕x轴的弯矩，M_y为芯轴任意轴向位置处截面上绕y轴的弯矩，z为芯轴任意轴向位置截面中心到零点的轴向距离；

步骤2.2、利用积分法计算芯轴上对应各滚动体列中心截面处的转角方程和挠度方程：

式中，EI表示芯轴的抗弯刚度，C_1j～C_4j为积分常数，下标x、y表示沿着x、y方向的转角或挠度，α_x、α_y、ω_x和ω_y即为芯轴的变形量。

3.如权利要求2所述的一种考虑芯轴变形影响的组合式轴连轴承载荷分析方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法包括：

步骤3.1、根据变形协调原则将芯轴在各滚动体列中心截面处的变形转化为滚动体列的变形，并计算两个边界条件：

当z＝l_s(1≤s≤m-1)时，

当z＝l_s+1(1≤s≤m-1)时，

式中，θ和δ分别芯轴在为各列滚动体列中心截面位置处的转角变形量和位移变形量；

步骤3.2、将第一个边界条件代入到芯轴的转角方程和挠度方程中以计算各积分常数：

步骤3.3、将各积分常数和第二个边界条件代入到转角方程和挠度方程中，计算芯轴在各滚动体列中心截面处的接触变形量，接触变形量包括转角变形量和位移变形量：

步骤3.4、根据所述步骤3.3计算滚动体列中心截面处的径向力和力矩：

式中，s表示边界条件所在滚动体列编号；θ_sx、θ_sy分别为第s列滚动体位置内圈相对外圈绕x轴和y轴的最大角位移量，δ_sx、δ_sy分别为第s列滚动体位置内圈相对外圈沿着x轴和y轴的最大位移量；θ_(s+1)x、θ_(s+1)y分别为第(s+1)列滚动体位置内圈相对外圈绕x轴和y轴的最大角位移量，δ_(s+1)x、δ_(s+1)y分别为第(s+1)列滚动体位置内圈相对外圈沿着x轴和y轴的最大位移量。