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基于RecurDyn MFBD的圆柱滚子轴承疲劳耐久分析

4年前浏览5592

轴承在工程中的应用非常广泛,与它相关的技术问题越来越多。统计数据显示,34%的轴承失效问题与疲劳相关,今天小编和大家一起学习基于RecurDyn/MFBD探究轴承疲劳寿命的仿真分析方法。

我们要探究的是圆柱滚子轴承(如下图1所示,由外圈,内圈,保持架及17个圆柱滚子组成)保持架的疲劳寿命,外圈固定在轴承座上,内圈与轴紧配合。保持架将17个滚子均匀分隔开,引导滚子在正确的轨道上运动。内圈绕轴向转动,承受径向负载,转动的角速度和径向负载均用STEP函数表示。

图1圆柱滚子轴承结构图

要探究保持架的疲劳寿命,先将轴承视为刚体,探究轴承的动力学特性,然后将保持架视为柔性体进行动应力分析,最后进行疲劳耐久分析,整个探究过程分刚性体分析,柔性体分析,疲劳分析三步完成。

一.刚性体分析

建立分析:新建分析文件Bearing,设置单位MMKS,重力为Z轴负方向,如下图2所示。

图2新建分析文件

导入模型:我们可以在RecurDyn中建立轴承模型,也可以导入其他三维软件的轴承模型,RecurDyn可导入的CAD文件类型如图3。

图3可导入RecurDyn的CAD文件类型

图4导入轴承模型

定义约束:外圈固定Ground上,保持架与外圈通过旋转副约束,内圈与Ground间通过CMotion副约束。

图5外圈固定在Ground上

图6保持架与外圈间通过旋转副约束

图7内圈与Ground通过CMotion副约束

CMotion定义内圈轴向旋转速度RX为STEP(TIME,0,0,3,100),如下图8,9所示。

图8CMotion属性

图9内圈轴向角速度图

载荷输入:内圈和Ground间施加套管力和轴力,套管力的定义见图10,轴力的定义见图11,12。

 图10内圈和Ground间施加套管力

图11内圈和Ground间施加轴力

图12内圈和Ground间轴力属性

接触定义:定义3种接触类型,滚子与保持架兜孔面的接触(GeoCyl,圆柱与面的接触,17组),滚子与外圈接触(Cyl(Cyl),17组),滚子与内圈接触(Cyl-Cyl,17组)。

图13滚子与保持架兜孔面的接触

图14滚子与内圈的接触

图15滚子与外圈的接触

接下来我们可以运行轴承刚体动力学分析,查看轴承的运动学特性。然后将保持架柔性化,进行动应力分析。因为保持架与滚子的接触位置会发生变化,即为非线性接触,所以需用有限元柔性体分析。轴承刚性体分析结果见轴承刚性体分析转动动画。

图16运行分析

二.柔性体分析

保持架柔性化(有限元柔性体):将保持架柔性化,进行动应力分析。因为保持架与滚子的接触位置会发生变化,即为非线性接触,所以需用有限元柔性体分析。在RecurDyn中对保持架进行划分网格,与保持架相关的约束,接触和力被继承,无需再次设置。保持架材料为RecurDyn默认材料Steel。

图17继承保持架的接触和约束

图18优化保持架模型

图19保持架网格化

图20保持架材料属性

运行分析,发现保持架兜孔面与滚子接触处动态应力较大,取危险应力处的兜孔面进行疲劳仿真。

三.疲劳分析

疲劳仿真:在Post Analysis可进行偏好设置,设置收敛控制条件,雨流计数,材料库位置及疲劳影响因子,这里我们按默认设置。

图21疲劳分析偏好设置


图22疲劳分析设置


图23疲劳分析载荷历程设置

按图22,23设置载荷历程,运行一百万次载荷循坏。点击图22右下角的calculation,运行疲劳分析。计算完成后,依次点击图24中绿色标号,得到雨流计数图和载荷时间历程曲线。

图24查看雨流图和载荷时间历程图

图25疲劳分析雨流图

图26载荷时间历程图

                                                                                    图27疲劳破坏云图

图28疲劳破坏矢量方向图

疲劳分析结果发现,危险应力处的破坏已达到100%,即已经疲劳失效,表明运行一百万次图26中的载荷历程,保持架已经失效。

四.结语

    基于RecurDyn的MFBD进行轴承的疲劳耐久分析,分刚性体分析,柔性体分析,疲劳分析三步完成。将保持架由刚性体转化为柔性体时,刚性体中的约束,接触和力会被继承。疲劳分析预测保持架已疲劳失效,需要更改设计。在RecurDyn中可以非常方便地完成设计,动强度验证,疲劳验证,更改设计再验证的研发过程。

RecurDyn传动
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首次发布时间:2019-08-14
最近编辑:4年前
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未登录
2条评论
张议
签名征集中
3年前
圆锥滚子轴承应该用哪种接触呢
回复 1条回复
'哆啦AC梦
签名征集中
4年前
老师,为什么图片加载不出来
回复 1条回复

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