单列圆锥滚子轴承动力学仿真研究及软件实现

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单列圆锥滚子轴承是高铁轴承箱中重要支撑与传动零部件,其性能直接影响着整个机械系统的工作效率和使用寿命。如今国内高速铁路发展迅猛,然而国内高铁轴承的关键技术仍未能达到标准,轴承依然依赖进口,实现高铁轴承国产化依然是国内工业发展的“卡脖子”难题。与此同时,工业领域内主流的轴承分析软件基本都来源于国外厂商,国内软件实力底子薄,尽快研发针对高铁轴承性能分析的软件成为了实现国内轴承正向化设计的当务之急。因此,本文在国家科技部相关项目和国家自然科学基金项目(项目编号:52175160)的支持下,开展了单列圆锥滚子轴承时变综合刚度阻尼、轴承动力学性能以及轴承温度场的理论研究与仿真模拟,并在此基础上,开发了用于高铁圆锥滚子轴承动力学仿真综合分析软件,目前已初步应用于中浙高铁轴承公司的单列圆锥滚子轴承分析中。主要研究内容与结论如下:首先,基于赫兹接触理论和弹流润滑原理,建立了同时考虑接触变形和润滑动压效应的时变综合接触刚度阻尼计算模型,轴承内部接触区的刚度阻尼会根据当前区域内接触载荷和卷吸速度的变化而不断更新,使得轴承内部结构之间的接触情况更接近于工程实际。接着,将上述刚度阻尼计算模型的C++程序,以动态链接库的形式,嵌入到ADAMS动力学仿真之中,建立ADAMS-C++联合求解的圆锥滚子轴承动力学仿真模型,并进行试验验证,通过动力学仿真揭示了工况参数和结构参数对轴承刚度阻尼、振动特性和保持架稳定性的影响规律,并通过热修正因子,间接展现了温度对轴承动态特性的影响。然后,为更确切地了解工况参数对轴承温度场的影响,建立了圆锥滚子轴承热网络模型,该模型通过整体法计算生热量,揭示了转速、径向载荷等工况参数对轴承温度分布的影响规律,并与有限元稳态热分析模型结果进行对比,验证了热网络模型的正确性。最后,在上述研究的基础上,开发了圆锥滚子轴承动力学仿真综合分析软件。将繁琐的动力学建模过程以宏命令的形式嵌入到软件界面中,并编译多类动态链接库,扩展了ADAMS分析功能,可输出包括运动和受力等ADAMS自身计算结果,以及温度分布、额定寿命、油膜厚度、刚度阻尼等外部动态链接库求解结果。
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