基于RecurDyn MFBD的圆柱滚子轴承疲劳耐久分析
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。
