[发明专利]基于复合形法的滚动轴承多体润滑性能求解方法

说明书

本发明涉及一种基于复合形法的滚动轴承多体润滑性能求解方法，属于滚动轴承技术领域。该方法利用复合形法对其进行求解，获得滚动体自转角速度和公转角速度，利用Newton‑Raphson法求解滚动体与内外滚道法向力平衡方程获得滚动轴承接触载荷分布，基于Jacobi线性迭代法求解广义Reynolds方程，得到滚动体与内外滚道间润滑膜压力分布，基于影响系数法和快速傅里叶变换算法加快计算滚动体与内外滚道综合弹性变形。本发明提供的方法能够准确分析滚动轴承滚动体与内外滚道间润滑性能及其相互影响，综合对比滚动体与内外滚道动压力、膜厚等润滑性能的差异，进而确定出匹配滚动轴承最佳润滑性能的最佳工况参数。

技术领域

本发明属于滚动轴承技术领域，涉及基于复合形法的滚动轴承多体润滑性能求解方法。

背景技术

作为重要的动力传递零部件，滚动轴承在工程机械、轨道交通、航空航天及新能源等领域有着广泛的应用，其润滑性能决定了机械系统的运转效率和疲劳寿命。滚动轴承在运转过程中，滚动体受到内外滚道的同时作用，使得各滚动体与内外滚道间的润滑性能和油量分配相互影响。传统滚动轴承润滑研究中，人们仅研究了滚动体与内滚道或外滚道之间的单独润滑，忽略了滚动体与内外圈滚道之间润滑性能的相互影响；另外，传统的方法(包括商用有限元软件)多在不考虑表面加工精度下进行轴承润滑研究，这与实际情况存在一定差异；不仅如此，传动轴承润滑研究中滚动体与内或外滚道力大多任意给定；并且传统的润滑研究忽略了滚动体与保持架摩擦作用，也不能考虑滚动体与润滑剂摩擦力矩作用。因此，传统的滚动轴承润滑性能分析方法更多具有统计与经验意义，但其分析精度上不高。

针对上述传统研究的不足，本发明提出了一种基于复合形法的滚动轴承多体润滑性能求解方法。基于此方法，研究人员能够准确分析所有滚动轴承滚动体与内外滚道间的润滑性能(动压力、膜厚等)及其相互影响，能够对比滚动体与内外滚道间动压力、膜厚等润滑性能的差异，能够根据滚动体力和力矩平衡方程精准确定滚动体与内或外滚道力，能够考虑滚动体与保持架摩擦作用以及滚动体与润滑剂摩擦力矩作用，进而确定出匹配滚动轴承最佳润滑性能的最佳工况参数(滚动体公转与自转角速度等)。有鉴于此，本发明提供的方法有利于提高滚动轴承综合设计和分析水平，从而克服过去轴承润滑性能孤立进行的局限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于复合形法的滚动轴承多体润滑性能求解方法，能够准确实现滚动轴承滚动体与内外滚道间的多体润滑性能分析，且考虑了滚动体与滚道打滑和表面加工精度等对滚动轴承多体润滑性能的影响。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于复合形法的滚动轴承多体润滑性能求解方法，该方法包括以下步骤：

S1：假定滚动体与内外滚道之间为纯滚动，利用Newton-Raphson法计算所有滚动体与内滚道的接触载荷P_ni，并确定承载区与非承载区滚动体数目N_load和N_unload；

S2：初始化最大承载滚动体，即编号为0的滚动体，所受保持架作用力F_b0；

S3：将滚动轴承最大承载滚动体周向受力平衡方程和力矩平衡方程转化为目标函数，并结合滚动轴承点/线接触弹流润滑理论，由复合形法求解最大承载滚动体与内外滚道的多体润滑模型，得到滚动体公转角速度ω_g，即保持架速度，以及承载最大滚动体的自转角速度ω_z0；

S4：基于滚动轴承点/线接触弹性流体动压润滑理论，利用步骤S3计算得到的滚动体公转角速度ω_g，通过二分法求解其他滚动体，即编号为1～N-1的滚动体，与内外滚道的多体润滑模型，得到其他滚动体的自转角速度ω_zi；基于滚动轴承滚动体周向力平衡方程计算其他滚动体所受保持架作用力F_bi，i＝1,…,N-1，其中N为滚动体个数；