滚动轴承接触的非线性有限元分析
2009年第23卷第1期测试技术学报V o l.23 N o.1 2009 (总第73期)JOURNAL OF TEST AND M EASURE M ENT TECHNOLOG Y(Sum N o.73)
文章编号:167127449(2009)0120023205
滚动轴承接触的非线性有限元分析Ξ
熊小晋1,张晓昆鸟1,2,熊晓燕1
(1.太原理工大学科研处,山西太原030024;
2.煤炭科学研究总院太原研究院,山西太原030024)
摘 要: 利用M SC.Patran M arc软件建立了滚动轴承的二维有限元分析模型,进行了接触非线性有限元
分析,得到接触应力、应变随接触状态的变化情况.当不考虑摩擦接触时,压力与变形间呈现一定的非线性
关系.当考虑摩擦接触时,下板面最大等效应力增加,应力分布形状发生改变,最大切向应力发生点向接触
部位靠近,说明摩擦因素对接触表面切向应力大小与最大切向应力发生点产生影响.
关键词: 滚动轴承;接触力学;摩擦;非线性有限元分析
中图分类号: TH133.33 文献标识码:A
Non li near FE M Analysis of Con tact Problem of Rolli ng Bear i ng
X I ON G X iao jin1,ZHAN G X iaokun1,2,X I ON G X iaoyan1
(1.Scien tific R esearch D epartm en t,T aiyuan U n iversity of T echno logy,T aiyuan030024,Ch ina;
2.T aiyuan B ranch,Ch ina Coal R esearch In stitu te,T aiyuan030024,Ch ina)
Abstract: A tw o2di m en si onal fin ite elem en t m odel of ro lling bearing w as develop ed u sing the M SC. Patran M arc softw are.T h rough the non linear FE M analysis of con tact,the changes of con tact stress and strain in differen t con tact states w ere ob tained.W hen neglecting fricti on con tact,there is a certain non2linear relati on sh i p betw een p ressu re and defo rm ati on.W hen con sidering fricti on con tact,the b iggest equ ivalen t stress increases,the shap e of stress distribu ti on changes,and at the sam e ti m e,the b iggest tangen tial stress po in t gets clo se to the con tact p art.It is indicated that fricti on can influence the tangen tial stress value and the b iggest tangen tial stress po in t.
Key words:ro lling bearing;con tact dynam;fricti on;non linear FE M analysis
随着科技与工业的发展,滚动轴承的使用范围越来越广泛.轴承作旋转运动时,其内的滚动体与滚道发生接触,产生各种旋转运动与摩擦,轴承的刚度、承载能力甚至使用寿命主要取决于内部滚动体与滚道之间的接触性质.所以对滚动轴承接触力学问题的研究以及利用有限元法对滚动轴承进行接触非线性分析、解决轴承问题已经成为科研人员研究的重要方向.
M SC.Patran M arc兼具M SC.Patran强大的网格划分功能、CAD继承工具和M arc强大的非线性处理功能.它支持多种复杂的材料模型以及材料的试验数据拟合,很容易模拟复杂的接触边界条件以及涉及多种加载历程的问题,尤其是M arc中自适应网格重划分功能可用于精确求解接触变形难题.本文暨利用此软件对滚动轴承进行接触非线性分析,得到滚动轴承接触应力、应变随接触状态的变化情况.
Ξ收稿日期:2008204209
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50405043);山西省自然科学基金资助项目(200801104322)
作者简介:熊小晋(19662),男,工程师,主要从事动态测试与故障诊断研究.
1 接触问题
1.1 滚动轴承接触问题
滚动轴承接触属于典型的点、线接触问题,而H ertz接触理论在解决两个弹性体点接触的局部应力和变形上有经典解,适用于大部分滚动轴承的应力、应变计算问题.H ertz点接触理论的基本假设有3条[1]:
1)接触体是线性弹性体,服从广义胡克(Hooke)定律.
2)载荷与表面垂直,即不考虑表面切向应力.
3)接触面积尺寸与接触体表面的曲率半径相比很小.
H ertz点接触理论的基本计算公式为
∑Θ=Θ11+Θ12+Θ21+Θ22,
F(Θ)=[(Θ11-Θ12)+(Θ21-Θ22)] ∑Θ,
a=a3[
3Q
2∑Θ
(
1-Τ21
E1
+
1-Τ22
E2
)]1 3,b=b3[3Q
2∑Θ
(
1-Τ21
E1
+
1-Τ22
E2
)]1 3,
Ρm ax=3
2
Q
Πab,
式中:∑Θ为曲率和;F(Θ)为曲率差;a,b为接触椭圆长短半轴;Τ1,Τ2为材料泊松比;E1,E2为材料弹性模量;a3,b3为与F(Θ)有关的无量纲量;Ρm ax为最大应力值;Q为法向载荷.
H ertz线接触理论的基本计算公式为
b=
8Q
Πl∑Θ(
1-Τ21
E1
+
1-Τ22
E2
),Ρm ax=
Q∑Θ
Πl(
1-Τ21
E1
+
1-Τ22
E2
),
式中:b为接触矩形半宽;l为接触物体上的有效接触长度,其余同点接触理论参数.
实际上,H ertz接触理论只考虑垂直作用于表面的集中载荷,对于大多数滚动轴承应用场合,润滑条件充分的情况下,可以忽略滚动体与滚道间的摩擦作用,即滚动体与滚道表面上的切向应力与法向应力相比是可以忽略的;但实际上滚动轴承摩擦是不可避免且不可忽略的重要因素,随着对滚动轴承摩擦动力学特性研究的不断深入[2],认识到摩擦动力学特性与接触动力学特性有很强的耦合作用,摩擦特性对接触应力的影响不能忽视.因此,我们在对球轴承进行接触分析时有必要考虑摩擦因素的存在,观测摩擦作用下球轴承的接触特性的变化.
1.2 有限元法在接触问题上的应用
对于低频的物体运动,如果物体的变形可以忽略,那么运用多刚体方法和刚体接触理论就可以获得想要的结果,但如果考虑物体的高频波动现象且物体变形不可忽略,则有限元法就成为解决接触问题的有效手段;有限元法的基本思想是系统地构造偏微分方程在复杂区域上的近似解,重要特征是能够计算接触区域的变形和构造大规模的简单的线性方程组[3].有限元法可分为两大类,线弹性有限元法和非线性有限元法.
线弹性有限元法以理想弹性体为研究对象,所考虑的变形建立在小变形假设的基础上.这类问题中,材料的应力与应变呈线性关系,满足广义胡克定律;应变与位移也呈线性关系.
非线性有限元分析中,接触问题属高度边界非线性问题,接触体的变形和接触边界的摩擦作用使得部分边界条件随加载过程改变且不可恢复;接触约束是一类特殊不连续的约束,分析方法必须能够判断接触条件并应用或解除接触约束,M SC.Patran M arc中针对不同的无穿透接触约束方法提供间隙单元、非线性弹簧、接触迭代三种接触算法,其中接触迭代算法是解决所有问题的通用算法.
M SC.Patran M arc中采用三种简化的理想模型对摩擦进行数值模拟[4],即:滑动库仑摩擦模型、剪切摩擦模型、粘2滑摩擦模型.其中滑动摩擦模型(包括库仑定理和剪切摩擦定理)可以精确描述滑动摩42测试技术学报2009年第1期
擦,但很难模拟纯粹的粘性摩擦;而粘2滑摩擦模型(基于节点力)能够模拟从粘性摩擦到滑动摩擦的摩擦力突变,可模拟真实的粘性摩擦,模型如图1所示.
图1中,?u t 为切向位移增量;a 为乘子(默认值为1.05,用户可自定义大小);Β为滑动摩擦到粘性摩擦的相对位移过渡区域(默认值为10-6,用户可自定义大小);Ε为小常数
.
图1 阶跃摩擦模型图
F ig .1 T he stick 2sli p step fricti on model 图2 二维模型图F ig .2 T he graph of two 2di m ensi onal model
2 非线性有限元分析
2.1 有限元模型
由于二维有限元分析模型计算快捷且具有代表性,三维模型可以在二维模型上生成,所以本例中建立二维有限元模型,
由球面和下板面组成,考虑到模型对称性的存在,只取右半部如图2所示.边界条件分两种工况:一是球面顶边施加垂直载荷,即对应不考虑切向力状态,球面、下板面左侧边施加水平位移约束,下板面底边施加垂直位移约束;二是在工况一的基础上取消下板面水平位移约束
,在下板面右侧边施加水平载荷.
模型相关数据为:球面半径5mm ,下板面长度16mm ,宽度2mm ,弹性模量均为2.07×E 11(Pa ),泊松比均为0.3.
2.2 结果及分析
2.2.1 垂直载荷作用下接触应力及变形
球面与下板均设为2D 变形体,不考虑摩擦因素的影响,图3为压力2变形曲线,图4至图6为网格细化计算后应力云纹图.
图3 压力2变形曲线
F ig .3 T he p ressure 2defo rm ati on curve 图4 接触应力云纹图F ig .4 T he mo ire pattern of contact stress
由图3Y 向压力2变形曲线图可知压力与变形间的非线性关系,随着压力载荷增大,Y 向变形速率趋于缓慢,这是因为压力载荷刚开始作用时,接触部位较少,因此接触应力相对较大,所以变形也较大,但随着压力增加,接触部位增大,接触应力相对变小,因此变形也较小,最终呈现非线性趋势.
52(总第73期)滚动轴承接触的非线性有限元分析(熊小晋等)
由图4可看出,H ertz 接触最先发生在球面和下板接触的顶点上,而且最大接触应力和最大接触变形也发生在此处,接触应力以接触部位为中心对称向两边减小并趋于0.
由图5,图6V on M ises 等效应力分布图及X Y 向应力分布图可以看出应力分布以接触部位为中心上下基本对称,并且可以看出最大剪切应力并不是发生在接触部位上,而是发生在接触面下的某个部位,这对我们理解滚动轴承接触疲劳剥落很有帮助.L undberg 等人最初假设最大正交剪切应力首先导致表面下某处裂纹的产生,然后扩展至表面形成滚动轴承的表面剥落现象,而这种假设已经被许多试验所证明是正确的[1]
.
图5
等效应力云纹图
F ig .5 T
he mo ire pattern of von m ises
stress 图6 X Y 向应力云纹图F ig .6 T he stress mo ire pattern of the XY directi
on
图7 接触应力云纹图
F ig .7 T he mo ire pattern of contact
stress 图8 等效应力云纹图F ig .8 T he mo ire pattern of von m ises stress
2.2.2 考虑摩擦因素状态下的接触特性
球面顶边施加垂直2D 面压力,下板面右侧边施加水平2D 面压力,不施加下板面X 向位移约束,图9 X Y 向应力云纹图F ig .9 T he stress mo ire pattern of the X Y directi on
使下板面与球面有相对运动趋势;球面与下板均设
为2D 变形体,考虑摩擦因素影响,采用粘2滑摩擦
模型进行摩擦计算,相关参数取默认值,在接触表中
设置球面与下板摩擦系数为0.1;提交计算后得到有
限元分析结果.
从图7可知,接触应力大小及形状改变很小,
说明考虑摩擦因素下对接触应力影响不大;将图8,
图9与图5,图6进行比较可看出考虑摩擦因素下
球面应力分布形状及大小基本没有改变;由于切向
力的影响,下板面最大等效应力增加,应力分布形状
发生改变,最大剪切应力发生点向接触部位靠近,说
明摩擦因素对剪切应力的影响较大.62测试技术学报2009年第1期
图
10 摩擦应力云图
F ig .10 T he mo ire pattern of fricti on stress
图11 摩擦应力历程图F ig .11 T he developm ent chart of fricti on stress 图10分别为第6,11,19个增量步摩擦应力云
图,从中可看出球面和下板面摩擦云图基本对称,随
着载荷增加,摩擦云图向接触部位里侧靠近,且摩擦
应力大小相应增加,说明随着载荷增加和相对运动
趋势的影响,最大摩擦力发生部位向里侧节点靠近,
外侧摩擦力相应减小;这从摩擦应力历程图也可看
出,如图11所示,横坐标为下板面顶边节点变化路
径,以接触顶点为原坐标,纵坐标为摩擦应力,说明
了摩擦应力发生的部位和大小的变化.
有许多学者对齿轮齿面摩擦力对接触应力的影响进行过研究[5],并通过实验证明了齿面摩擦力影响的大小与一个无量纲参数S 有关,此参数S 与润
滑油粘度、表面卷吸速度、材料综合弹性模量、接触点综合曲率半径及单位载荷有关;鉴于滚动轴承接触与齿轮齿面接触的可比性,我们也可以认为存在这样一个参数,参数的大小决定了滚动轴承接触摩擦力对接触应力的影响程度,这种联系有待于我们在以后的研究中证实.
3 总结及展望
利用M SC .Patran M arc 强大的非线性处理功能,可以解决静态或动态摩擦条件下的滚动轴承接触非线性问题,并且利用软件丰富的后处理功能可以得到我们想要的结果.本文中建立的二维有限元分析模型在静态摩擦条件下进行分析,由结果可知摩擦因素对滚动轴承接触特性的影响不可忽视;下一步的研究方向是建立三维模型并在动态摩擦条件下进行分析,得到更符合实际情况的结果.参考文献:
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～645.(in Ch inese )7
2(总第73期)滚动轴承接触的非线性有限元分析(熊小晋等)
有限元非线性计算特点
有限元非线性计算特点 文章通过几个典型的工程计算模型，分析比较有限元线性与非线性计算结果，阐释了有限元非线性计算的特点及优点。 标签：工程计算；线性；非线性 1 引言 有限元单元法已成为强有力的数值解法来解决工程中遇到的大量问题，其应用范围从固体到流体，从静力到动力，从力学问题到非力学问题，有限元的线性分析已被广泛采用。但对于许多航空工程中遇到的问题，如进气道等，仅仅采用线性求解是不真实的，而采用非线性计算将更符号实际情况。本文借助MSC/NASTRAN有限元分析程序，对于典型的工程计算模型分析比较线性与非线性计算结果，从而给出非线性计算相对于线性计算的优点及特点。 2 有限元非线性计算的特点及优点 为了明确有限元非线性计算结果与线性计算结果的差异，更好的展现有限元非线性计算的特点，本节将借助于有限元分析软件MSC/NASTRAN，对一受外载的矩形薄板根据不同的边界条件，进行非线性及线性静力分析，通过分析比较计算结果，说明有限元非线性静力计算中的一些特点。 2.1 非线性与线性计算结果随载荷的变化 首先，给出薄板尺寸、载荷。 模型尺寸：薄板尺寸为500×500×1.5mm。 载荷：受法向气动压力（pressure），气动压力由小到大变化依次为0.01MPa、0.02MPa、0.04MPa、0.08MPa、0.16MPa。 取薄板中央节点位移、应力及薄板边缘中部节点位移，比较线性计算结果和非线性计算结果。在分别进行有限元线性及非线性分析后，给出位移、应力及支反力结果随载荷的变化曲线。图1、图3、图5分别为采用限元线性计算得到的参考点的位移、应力及支反力变化曲线；图2、图4、图6分别为采用有限元非线性计算得到的参考点的位移、应力及支反力变化曲线。 由圖1、3、5可见，采用线性静力分析后，参考点位移、应力、支反力均随载荷增加而线性增大，位移、应力、支反力与载荷呈明显的线性关系，这是线性静力分析的特点。对于本例，可以预言，在其它条件不变的情况下，计算出一套载荷下的结果，就可以按照线性关系求出压力载荷下的位移、应力及支反力结果。
第18章 接触问题有限元分析技术
第18章接触问题的有限元分析技术 第1节基本知识 接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行准确而有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。 接触问题存在两个较大的难点：其一，在求解问题之前，不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的、突然变化的，这些随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多数的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型可供挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。 一、接触问题分类 接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触和半柔体─柔体的接触。在刚体─柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，（与它接触的变形体相比，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触；另一类，柔体─柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。 ANSYS支持三种接触方式：点─点、点─面和平面─面。每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。 二、接触单元 为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个节点。如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元。有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元。下面分类详述ANSYS使用的接触单元和使用它们的过程。 1．点─点接触单元 点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为，为了使用点─点的接触单元，需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下）。 如果两个面上的节点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量，那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面─与的接触问题的典型例子。 2．点─面接触单元 点─面接触单元主要用于给点─面的接触行为建模，例如两根梁的相互接触。 如果通过一组节点来定义接触面，生成多个单元，那么可以通过点─面的接触单元来模拟面─面的接触问题，面即可以是刚性体也可以是柔性体，这类接触问题的一个典型例子是
轮轨接触力学
轮轨接触动力学报告 —关于轮轨接触动力学的思考 年级：2013级 专业：载运工具应用工程 姓名：刘新龙 学号：13217021
关于轮轨接触动力学的思考 提高机车运行速度和加大牵引能力是当今世界铁路发展的趋势,而达到这一目的就必须深入轮轨关系的理论研究,改善机车的粘着利用水平。轮轨关系则是机车车辆、轨道系统中最基本、最复杂的一个问题,是特殊的、典型的三维滚动摩擦接触问题。接触理论始于1882年, 由H. Hertz发表的经典论文《论弹性固体的接触》。他提出了椭圆接触面的假设, 把三维接触问题简化为弹性无限半空间问题。Hertz的研究成果为接触理论奠定了坚实的基础, 但Hertz理论仅局限于无摩擦表面及理想弹性固体, 对于轮轨这样复杂的三维滚动接触问题显然是不能准确求解的。 近几十年来,国内外在轮轨滚动接触问题的理论研究和实验研究方面都取得了很大进展,但随着铁路技术的不断提高,使用解析解法解决轮轨关系问题的局限性也愈加突出。在高速和重载的要求下,轮轨的波磨问题、疲劳损伤问题变得更加严重,而这些问题的产生都与轮轨间作用力有着直接的关系。因此,在现有轮轨滚动接触理论的基础上,使用有限元方法以精确模拟轮轨的几何形状及其相互接触关系,将是今后解决轮轨关系问题的主要途径。 不断增长的运输量, 要求铁路必须在保证安全的前提下, 增加货物列车的重量, 提高客运列车的速度和运行品质。因此, 新型机车车辆的设计、制造和线路的建设与维护, 都迫切需要预知轮轨之间的动力作用特性。而现在人类已经能够准确地模拟一个飞行体在宇宙空间的运动并进行精确控制, 但却不能精确摸拟铁路轮轨的相互作用。可见轮——轨关系及车辆——线路相互作用仍然是铁道车辆动力学的中心课题。机车车辆或者列车与铁道线路是一个整体系统, 在这个系统中, 它们相互关联, 相互作用。因此在研究机车车辆动力学性能时, 不能简单地视线路为外激干扰。换言之, 线路也并不存在独立于列车的激扰特性。引起系统产生振动和其它动力作用的是钢轨和车轮的滚动面上实际存在的不平顺和其它几何技术特性,当然还有列车中车辆与车辆之间, 机车与车辆之间的相互作用。
滚动轴承习题
Unit17 轴承 一、单选题(每题2分) 1. 对于工作温度变化较大的长轴，轴承组应采用的轴向固定方式。 A 两端固定 B 一端固定，一端游动 C 两端游动 D 左端固定，右端游动 2. 轴承预紧的目的为提高轴承的。 A 刚度和旋转精度 B 强度和刚度 C 强度 D 刚度 3. 皮碗密封，密封唇朝里的主要目的为。 A 防灰尘，杂质进入 B 防漏油 C 提高密封性能 D 防磨损 4. 密封属于非接触式密封。 A 毛毡 B 迷宫式 C 皮碗 D 环形 5. 在轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，当量动载荷指的是轴承所受的。 A 与径向载荷和轴向载荷等效的假想载荷 B 径向载荷和轴向载荷的代数和 C 径向载荷 D 轴向载荷 6. 内部轴向力能使得内、外圈产生。
A 分离的趋势 B 接合更紧的趋势 C 摩擦的趋势 D 转动的趋势 7. 一般转速的滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀，因此应进行轴承的。 A 寿命计算 B 静强度计算 C 硬度计算 D 应力计算 8. 某轴承的基本额定动载荷下工作了6 10转时，其失效概率为。 A 90% B 10% C 50% D 60% 9. 从经济观点考虑，只要能满足使用要求，应尽量选用轴承。 A 球 B 圆柱 C 圆锥滚子 D 角接触 10. 滚动轴承的公差等级代号中，级代号可省略不写。 A 2 B 0 C 6 D 5 11. 只能承受轴向载荷而不能承受径向载荷的滚动轴承是。 A 深沟球轴承 B 推力球轴承 C 圆锥滚子轴承 D 圆柱滚子轴承 12. 在相同的尺寸下，能承受的轴向载荷为最大。 A 角接触球轴承 B 深沟球轴承 C 圆锥滚子轴承 D 圆柱滚子轴承 13 若转轴在载荷作用下弯曲较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为的轴承。 A. 1或2 B. 3或7
非线性有限元分析
轨道结构的非线性有限元分析 姜建华 练松良 摘 要 实际轨道结构受载时的力学行为,属于典型的非线性力学问题。钢轨垫层刚度、钢轨抗扭刚度和扣件扣压力的大小是影响轨距扩大的主要因素。根据非线性有限元接触理论,建立了能准确反映扣件、钢轨与垫层的拧紧接触,以及受载车轮与钢轨侧向滑动接触的力学计算模型;并研究计算了不同扣件压力下,由于受载车轮与钢轨侧向滑动接触引起的轨距扩大问题。 关键词 轮轨关系,扣件压力,非线性弹性力学,有限元分析 1 引言 实际工程中常见的非线性问题一般可以归纳为三类:材料非线性、几何非线性以及边界条件非线性。材料非线性问题是由于材料的非线性本构关系所引起的,例如材料的弹塑性变形,材料的屈服和硬化等;几何非线性问题是由于结构的位移或变形相当大,以至必须按照变形后的几何位置来建立平衡方程;边界条件非线性问题是指边界条件随位移变化所引起的非线性问题。通常情况下,我们所遇到的非线性问题多数是上述三类非线性问题的组合[1,2]。 实际轨道结构受载时的力学行为,属于典型的非线性力学问题。比如基于轮轨接触的材料非线性、几何非线性及边界条件非线性问题,以及扣件、钢轨、垫层三者间相互作用时所表现的边界条件非线性行为等。所以,机车车辆在轨道结构上行驶时引起的力学现象是相当复杂的。以往在研究轨道各部分应力应变分布规律时,通常采用连续弹性基础梁理论或连续点支承,偶尔简单考虑扣件的作用和弹性垫层的使用。不管用哪一种支承方式建立模型,都由于这样那样的假设而带有一定程度的近似性。所以,如何利用现代力学理论的最新成果以及日益发展的计算机技术,根据轨道结构的具体情况,建立更为完整更为准确的轨道结构计算模型,为轨道设计部门提供更加可靠的设计依据或研究思路,已十分必要。 本文提出了用非线性有限元理论研究轮轨系统和轨道结构的思路。作为算例之一,本文将根据非线性有限元理论,建立能准确反映扣件、钢轨与垫层的拧紧接触,以及受载车轮与钢轨侧向滑动接触的力学计算模型。 2 轨道结构的有限元接触模型 对于非线性问题,不管是材料非线性、几何非线性,还是边界条件非线性,总是最终归结为求解一组非线性平衡方程及其控制方程。例如用位移作为未知数进行有限元分析时,最后可得到一组平衡方程及其控制方程为 : 图1 轮轨系统的对称性模型简图 [K(u)]{u}={R}(1) (u)= (u)(2)其中:{u}为节点位移列阵;{R}为节点载荷列阵; [K(u)]为总体刚度矩阵; (u)为边界条件。它们 36 姜建华:同济大学工程力学系,副教授、博士,上海200092
港口起重机小车轮轨接触的有限元分析(新编版)
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 港口起重机小车轮轨接触的有 限元分析(新编版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
港口起重机小车轮轨接触的有限元分析 (新编版) 利用ANSYS10.0软件进行轮轨弹性接触有限元分析。文章分别对不同载荷条件下，小车轮轨接触在不同的初始接触位置处的应力进行分析，得出小车横向偏移对接触应力分布的影响。 随着世界贸易量大幅增长，世界各个港口之间的货物吞吐量逐年增加。世界各港口，特别是集装箱港及大型散货港在最近十几年发展迅猛，随着各个港口码头对装卸效率要求的大幅提高，桥式起重机正趋于大型化、高速化发展。起重量越来越大。工作速度越来越高，不可避免的小车运行速度也加快。小车运行速度的加快也使得小车车轮发生和横向移动，对小车运行的稳定性带来威胁。导向装置间隙引起的部分偏斜、轨道侧面或者水平轮的磨损引起的部分偏斜和轨道水平面上的直线性公差引起的部分偏斜都将造成车轮走
偏。 有限元模型的建立与数值分析 在实际接触中，由于车轮的横向移动导致初始位置发生改变。我们考虑了四种典型的横截面接触位置，将有限元方法求得的计算值与赫兹接触理论值做出比较。分析在不同的接触位置处应力的分布情况。 在本次模型中采用800t/h的卸船机小车运行轨道进行分析，小车轨道与主轨道相同。 由于车轮的横向运动，轮廓的每一处都可能发生接触。对于车轮和轨道接触的四个不同横截面位置处，建立了有限元模型。为了得到满意的接触结果，接近接触区的轮轨网格对四个模型中任何一个都是适用的。 将有限元计算结果与赫兹理论值进行比较，如下表所示： 表2-1加载100t时有限元计算结果与赫兹理论值 图形 a
滚动轴承习题及答案
滚动轴承 一、选择题 11-1．滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，其中基本代号表示_______。 A．轴承的类型、结构和尺寸 B. 轴承组件 C．轴承内部结构变化和轴承公差等级 D. 轴承游隙和配置 11-2．滚动轴承的类型代号由________表示。 A．数字B．数字或字母 C. 字母 D. 数字加字母 11-3．________只能承受径向载荷。 A．深沟球轴承 B. 调心球轴承 C. 圆锥滚子轴承 D. 圆柱滚子轴承 11-4．________ 只能承受轴向载荷。 A．圆锥滚子轴承 B. 推力球轴承 C. 滚针轴承 D. 调心滚子轴承 11-5．________ 不能用来同时承受径向载荷和轴向载荷。 A. 深沟球轴承 B. 角接触球轴承 C. 圆柱滚子轴承 D. 调心球轴承 11-6．角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角α的增大而________。 A．增大 B.减小 C．不变D．不定 11-7．有a）7230C和b）7230AC两种滚动轴承，在相等的径向载荷作用下，它们的派生轴向力Sa和Sb相比较，应是________。 A．Sa ＞Sb B．Sa = Sb C．Sa ＜Sb D．大小不能确定 11-8．若转轴在载荷作用下弯曲变形较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为________的轴承。 A．1或2 B．3或7 C．N或NU D．6或NA 11-9．一根用来传递转矩的长轴，采用三个固定在水泥基础上支点支承，各支点应选用的轴承类型为________。 A. 深沟球轴承 B. 调心球轴承 C. 圆柱滚子轴承 D. 调心滚子轴承 11-10．跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用________ 。
非线性有限元方法及实例分析
非线性有限元方法及实例分析 梁军 河海大学水利水电工程学院，南京（210098） 摘 要：对在地下工程稳定性分析中常用的非线性方程组的求解方法进行研究，讨论了非线性计算的迭代收敛准则，并利用非线性有限元方法分析了一个钢棒单轴拉伸的实例。 关键词：非线性有限元，方程组求解，实例分析 1引 言 有限单元法已成为一种强有力的数值解法来解决工程中遇到的大量问题，其应用范围从固体到流体，从静力到动力，从力学问题到非力学问题。有限元的线性分析已经设计工具被广泛采用。但对于绝大多数水利工程中遇到的实际问题如地下洞室等，将其作为非线性问题加以考虑更符合实际情况。根据产生非线性的原因，非线性问题主要有3种类型[1]： 1．材料非线性问题（简称材料非线性或物理非线性） 2．几何非线性问题 3．接触非线性问题（简称接触非线性或边界非线性） 2 非线性方程组的求解 在非线性力学中，无论是哪一类非线性问题，经过有限元离散后，它们都归结为求解一个非线性代数方程组[2]： ()()()00 021212211=… …==n n n n δδδψδδδψδδδψΛΛΛ （1.1） 其中n δδδ,,,21Λ是未知量，n ψψψ,,,21Λ是n δδδ,,,21Λ的非线性函数，引用矢量记 号 []T n δδδδΛ21＝ （1.2） []T n ψψψψΛ21= （1.3） 上述方程组（1.1）可表示为 ()0=δψ （1.4） 可以将它改写为 ()()()0=?≡?≡R K R F δδδδψ （1.5） 其中()δK 是一个的矩阵，其元素 是矢量的函数，n n ×ij k R 为已知矢量。在位移有限 元中，δ代表未知的结点位移，()δF 是等效结点力，R 为等效结点荷载，方程()0=δψ表示结点平衡方程。 在线弹性有限元中，线性方程组
滚动轴承-答案
《滚动轴承》习题 一、填空题 1．滚动轴承预紧的目的在于增加 轴承的刚性，减少 轴承的振动 2．滚动轴承的内圈与轴颈的配合采用 基孔 制，外圈与座孔的配合应采用 基轴 制。 3．30207(7207)轴承的类型名称是 圆锥滚子 轴承，内径是 35 mrn ，它承受基本额定动载荷时的基本额定寿命是 106 转时的可靠度是 90% 。这种类型轴承以承受 径向 向力为主。 4．滚动轴承的基本额定动负荷C ，当量动负荷P 和轴承寿命L h 三者的关系式为 ε ?? ? ??=P C n L h 60106 5．滚动轴承的基本额定动负荷是指 使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的负荷，某轴承在基本额定动负荷的作用下的基本额定寿命为 106 转 。 6．滚动轴承的选择主要取决于 轴承所承受的载荷大小、方向和性质，转速高低，调心性能要求，装拆方便及经济性要求 ，滚动轴承按其承受负荷的方向及公称接触角的不同，可分为主要可承受径向负荷的 向心轴承和主要承受轴向负荷的 推力 轴承。 7．滚动轴承轴系设计中，双支点单向固定的固定方式常用在 跨距较小 或 工作温度不高情况下。 8．在动轴承轴系设计中，一端双向固定而另一端游动的固定方式常用在 跨距比较大或 工作温度比较高 情况下。 9．安装于某轴单支点上的代号为7318 B ／DF 的一对滚动轴承，其类型名称为 角接触球轴承 ；内径尺寸d= 90 mm ，公称接触角?= 40 ；直径系列为 中系列 ；精度等级为 0级 ；安装形式为 成面对面安装 。 10．安装于某轴单支点上的代号为32310 B ／P4／DB 的一对滚动轴承，其类型名称为 圆锥滚子轴承 ；内径尺寸d= 50 mm ；公差等级符合标准规定的 4级 ；安装形式为 成背对背安装 。 11．在基本额定动载荷作用下，滚动轴承可以工作 106 转而不发生点蚀，
轴承的润滑及密封方法
轴承的润滑及密封方法 轴承在运动过程中，轴承内外圈以及滚动体之间必然产生相对运动，这样运动体之间就要产生摩擦，消耗一部分动力，引起内外圈和滚动体之间发热、磨损。为了减少摩擦阻力，减缓轴承的磨损速度并控制轴承的温升，提高轴承的使用寿命，在使用轴承的机构设计中必须考虑轴承的润滑问题，而为了使轴承保持润滑，还必须考虑轴承的密封。 润滑的作用 减少摩擦、磨损在摩擦面之间加入润滑剂，在相对运动体之间形成液体或半液体摩擦，降低相对运动体之间的摩擦系数，从而减少摩擦力。由于在相对运动体之间形成油膜隔离，避免两摩擦面之间相互接触导致磨损。 降低温升 由于摩擦系数降低，减少了两摩擦面的摩擦，相应减少轴承的发热；同时润滑油流过润滑面时，可以带走一部分热量。 防止锈蚀和清洗作用润滑油能够形成油膜，保护零件表面免受锈蚀，同时滚动体带动润滑油流过零件表面时可以把摩擦面之间的赃物带走，起到清洗作用。 密封润滑剂可以形成密封的作用，并与密封装置在一起，阻止外界的灰尘等杂物进入轴承，保护轴承不受外物的入侵。 润滑剂的选用原则 为了获得良好的润滑效果，润滑剂必须具备：较低的摩擦系数，良好的吸附能力以及渗入能力，以便能够很好地渗入到摩擦副的微小间隙内，牢固吸附在摩擦面上，形成具有一定强度的抗压油膜。在结构的设计中，应该根据轴承的类型、速度和工作负荷选择润滑剂的种类和润滑方式，如果润滑剂和润滑方式选择得合适，可以降低轴承的工作温度并延长轴承的使用寿命。 滚动轴承的润滑 滚动轴承可以用润滑脂或润滑油来润滑。试验说明，在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低；速度较高时，用润滑油较好。一般情况下，判断的指标是速度因数dn。d为轴承内径（mm），n为转速（r/min）。各种滚动轴承适用脂润滑或油润滑，油润滑适用什么样的润滑方式的dn值，可以查《机床设计手册》。 1. 脂润滑 脂润滑可用于dn值较低，又不需要冷却的场合。脂润滑的结构比较简单，不存在漏油问题。使用润滑脂进行润滑，润滑脂的充填量不宜过多，不能把轴承填满。否则将引起轴承发热并把脂熔化流出，润滑效果将适得其反。另外填充油脂时不要用手抹（因手上有汗，
非线性有限元分析
非线性有限元分析 1 概述 在科学技术领域，对于许多力学问题和物理问题，人们已经得到了它们所应遵循的基本方程（常微分方程或偏微分方程）和相应的定解条件（边界条件）。但能够用解析方法求出精确解的只是少数方程性质比较简单，并且几何形状相当规则的问题。对于大多数工程实际问题，由于方程的某些特征的非线性性质，或由于求解区域的几何形状比较复杂，则不能得到解析的答案。这类问题的解决通常有两种途径。一是引入简化假设，将方程和几何边界简化为能够处理的情况，从而得到问题在简化状态下的解答。但是这种方法只是在有限的情况下是可行的，因为过多的简化可能导致误差很大甚至是错误的解答。因此人们多年来一直在致力于寻找和发展另一种求解途径和方法——数值解法。特别是五十多年来，随着电子计算机的飞速发展和广泛应用，数值分析方法已成为求解科学技术问题的主要工具。 已经发展的数值分析方法可以分为两大类。一类以有限差分法为代表，主要特点是直接求解基本方程和相应定解条件的近似解。其具体解法是将求解区域划分为网格，然后在网格的结点上用差分方程来近似微分方程，当采用较多结点时，近似解的精度可以得到改善。但是当用于求解几何形状复杂的问题时，有限差分法的精度将降低，甚至发生困难。 另一类数值分析方法是首先建立和原问题基本方程及相应定解条件相等效的积分提法，然后再建立近似解法并求解。如果原问题的方程具有某些特定的性质，则它的等效积分提法可以归结为某个泛函的变分，相应的近似解法实际上就是求解泛函的驻值问题。诸如里兹法，配点法，最小二乘法，伽辽金法，力矩法等都属于这一类方法。但此类方法也只能局限于几何形状规则的问题，原因在于它们都是在整个求解区域上假设近似函数，因此，对于几何形状复杂的问题，不可能建立合乎要求的近似函数。 1960年，R.W.CLOUGH发表了有限单元法的第一篇文献“The Finite Element Method in Plane Stress Analysis”，这同时也标志着有限单元法（FEM）的问世。有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个，且按一定方式相互联接在一起的单元的组合体。由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。并且可以利用在每一个单元假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。 现已证明，有限单元法是基于变分原理的里兹法的另一种形式，从而使里兹法分析的所有理论基础都适用于有限单元法，确认了有限单元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。利用变分原理建立有限元方程和经典里兹法的主要区别是有限单元法假设的近似函数不是在全求解域而是在单元上规定的，而且事先不要求满足任何边界条件，因此可以用来处理很复杂的连续介质问题。 在短短四十余年的时间里，有限单元的分析方法已经迅速地发展为适合于使用各种类型计算机解决复杂工程问题的一种相当普及的方法。如今，有限元广泛地应用于各个学科门类，已经成为工程师和科研人员用于解决实际工程问题，进行科学研究不可或缺的有力工具。有限单元法的应用围已由弹性力学平面问题扩展到空间问题，板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题，动力问题和波动问题。分析的对象从弹性材料扩展到塑性，粘弹性，粘塑性和复合材料等，从固体
基于Cowper-Symonds本构关系的轮轨滚动接触行为有限元分析
基于Cowper-Symonds本构关系的轮轨滚动接触行为有限元分析铁路运输作为一种节能环保的交通运输方式,近年来受到了越来越广泛的关注。而轮轨间的接触和相互作用则一直是铁路领域内被众多学者所关注的重要课题,这是因为轮对和轨道担任着铁路系统中最重要的角色,严重的轮轨故障必然会导致灾难性事故的发生。 随着列车行驶速度的不断提升,轮轨的损伤也会加剧,尤其是在高速列车的运用中,惯性效应变得不容忽视,材料的应变率效应也将更加显著的体现出来。然而,由于轮轨接触问题中存在着材料、几何和接触非线性,导致高速轮轨系统的动态接触行为十分的复杂,同时这也是研究该问题的意义所在。 因此,建立了三维轮轨滚动接触模型,并采用显式有限元软件LS-DYNA进行仿真计算,模型中考虑了轮轨接触的材料、几何和接触非线性,并考虑了应变率相关的材料参数,以研究动态轮轨接触行为。为了给轮轨滚动接触行为仿真分析提供真实、可靠的应变率相关的力学参数,采用HTM5020型高速拉伸试验机开展了D1轮辋钢和U71Mn轨钢在中应变率范围内的动态拉伸力学性能试验,得到了不同应变率下的塑性流动应力-应变响应曲线,建立了基于Cowper-Symonds经验性模型的动态本构关系。 同时还将三维轮轨滚动接触有限元模型拓展运用到轮对通过曲线的工况,考虑了曲线轨道的超高、轮对的横移和侧滚角。在直道工况下,以列车速度、轴重和材料的应变率效应为影响因素,进行轮轨动态响应的分析;在弯道工况下,以轨道曲线半径、轴重和材料的应变率效应为影响因素,进行轮轨动态响应的分析。 对轮轨动态响应的分析,包含:轮轨接触力、von-Mises等效应力、等效塑性应变、车轴轴心垂向加速度、直道下车轮踏面与轨面初始接触点的横向位移和弯
滚动轴承习题
第16章滚动轴承 一、选择题 [1]在基本额定动载荷C作用下，滚动轴承的基本额定寿命为106转时，其可靠度为（）。 A、10% B、80% C、90% D、99% [2]型号为6310的滚动轴承，其类型名称为（） A、深沟球轴承 B、调心球轴承 C、滚针轴承 D、圆锥滚子轴承 [3]一般来说，（）更能承受冲击。 A、滚子轴承 B、球轴承 [4]在轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，当量动载荷指的是轴承所受的（）。 A、与径向载荷和轴向载荷等效的假想载荷 B、径向载荷和轴向载荷的代数和 C、径向载荷 D、轴向载荷 [5]某轴承的基本额定动载荷下工作了106转时，其失效概率为（）。 A、90% B、10% C、50% D、60% [6]滚动轴承的公差等级代号中，（）级代号可省略不写。 A、2 B、0 C、6 D、5 [7]内部轴向力能使得内、外圈产生（）。 A、分离的趋势 B、接合更紧的趋势 C、转动的趋势 [8]从经济观点考虑，只要能满足使用要求，应尽量选用（）轴承。 A、球 B、圆柱 C、圆锥滚子 D、角接触 [9]只能承受轴向载荷而不能承受径向载荷的滚动轴承是（）。 A、深沟球轴承 B、推力球轴承 C、圆锥滚子轴承 D、圆柱滚子轴承 [10]一般转速的滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀，因此应进行轴承的（）。 A、寿命计算 B、静强度计算 C、硬度计算 D、应力计算 [11]当转速较低、同时受径向载荷和轴向载荷，要求便于安装时，宜选用（）。 A、深沟球轴承 B、圆锥滚子轴承 C、角接触球轴承 [12]滚动轴承62312中轴承的内径为（） A、12㎜ B、60㎜ C、23㎜ [13]代号为（）的轴承，能很好的承受径向载荷和轴向载荷的综合作用。 A、30210 B、6210 C、N1010 D、22210 [14]下列滚动轴承密封装置（）是属于接触式密封。 A、毡圈密封 B、缝隙密封 [15]轴承在基本额定动载荷作用下，运转106转时，发生疲劳点蚀的概率为（）。 A、10% B、50% C、70% D、90% [16]滚动轴承的额定寿命是指（）。 A、在额定动载荷作用下，轴承所能达到的寿命 B、在标准试验载荷作用下，轴承所能达到的寿命 C、在一批同型号、同尺寸的轴承进行寿命试验中，95%的轴承所能达到的寿命 D、在一批同型号、同尺寸的轴承进行寿命试验中，破坏率达到10%时所对应的寿命 [17]滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，其中基本代号表示（）。
ABAQUS有限元接触分析的基本概念
ABAQUS有限元接触分析的基本概念2009-11-24 00:06:28 作者：jiangnanxue 来源：智造网—助力中国制造业创新—https://www.360docs.net/doc/c19439784.html, CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1 点对面离散与面对面离散 【常见问题16-1】 在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis - cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surface discretization)，二者有何差别? 『解答』 在点对面离散方法中，从面(slave surface)上的每个节点与该节点在主面(master surface)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。 使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。 在如图16-l和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。
过盈配合应力的接触非线性有限元分析
过盈配合应力的接触非线性有限元分析 作者：许小强赵洪伦 摘要基于非线性有限元软件MARC，提出过盈配合应力的动态和静态两种有限元分析方法，并以铁道车辆某高速轮对组装的过盈装配为例进行了有限元仿真计算，比较了两种方法的计算结果，分析了过盈量、摩擦系数、形状误差对装配应力的影响，结果对于确定合理过盈量和改进加工工艺具有参考意义。 关键词过盈配合接触非线性接触应力 0引言 在机械工程实际中普遍采用过盈配合来传递扭矩和轴向力，例如轴承配合、轴瓦配合、铁道车辆的轮轴、制动盘等。它是利用过盈量产生半径方向的接触面压力，并依靠由该面压力产生的摩擦力来传递扭矩和轴向力。由于过盈配合两个相配合的接触面上不能粘贴应变片，因此难以对其应力状态进行测定，对整个组装过程的应力状态更难以进行跟踪研究，而且这种配合方式往往承受着交变载荷的作用，配合面间可能发生相对滑动，这一滑动是随着应力变化而变化的，因而配合面边缘的接触状态和应力状态也随着应力的交变而变化，表现出复杂的状态，因此一般只能凭经验确定采用的过盈量。从力学角度看，这类问题属于接触非线性问题，传统的弹性接触解法已难以处理，可采用光弹性模拟实验进行研究，但只能反映应力分布趋势。近年来，随着非线性理论的不断完善和计算机技术的飞速发展，利用非线性有限元法来分析这类问题已日趋成熟。 铁道车辆随着向高速、重载不断发展，对轮轴的安全性要求也越来越高。研究表明，轮轴配合部位的应力状态对车轴的疲劳强度具有重要的影响，因此对轮对配合部位的宏观接触应力状态进行研究将有助于指导轮对制造标准的制定、高速重载轮对的设计和加工工艺的改进，以提高轮对的抗疲劳性能。 本文利用著名非线性有限元软件MARC，针对过盈配合的压力压装法和温差组装法对这类问题提出动态和静态两种仿真计算方法，并以铁道车辆某高速轮对的配合为例进行了计算，对比了两种计算方法的结果，分析了过盈量、摩擦系数、形状误差等因素对装配应力的影响。
轮轨接触力学
轮轨接触力学
轮轨接触动力学报告 —关于轮轨接触动力学的思考 年级：2013级 专业：载运工具应用工程 姓名：刘新龙 学号：13217021
关于轮轨接触动力学的思考 提高机车运行速度和加大牵引能力是当今世界铁路发展的趋势,而达到这 一目的就必须深入轮轨关系的理论研究,改善机车的粘着利用水平。轮轨关系则是机车车辆、轨道系统中最基本、最复杂的一个问题,是特殊的、典型的三维滚动摩擦接触问题。接触理论始于1882年, 由H. Hertz发表的经典论文《论弹性固体的接触》。他提出了椭圆接触面的假设, 把三维接触问题简化为弹性无限半空间问题。Hertz的研究成果为接触理论奠定了坚实的基础, 但Hertz理论仅局限于无摩擦表面及理想弹性固体, 对于轮轨这样复杂的三维滚动接触问题显然是不能准确求解的。 近几十年来,国内外在轮轨滚动接触问题的理论研究和实验研究方面都取 得了很大进展,但随着铁路技术的不断提高,使用解析解法解决轮轨关系问题的局限性也愈加突出。在高速和重载的要求下,轮轨的波磨问题、疲劳损伤问题变得更加严重,而这些问题的产生都与轮轨间作用力有着直接的关系。因此,在现有轮轨滚动接触理论的基础上,使用有限元方法以精确模拟轮轨的几何形状及 其相互接触关系,将是今后解决轮轨关系问题的主要途径。 不断增长的运输量, 要求铁路必须在保证安全的前提下, 增加货物列车的重量, 提高客运列车的速度和运行品质。因此, 新型机车车辆的设计、制造和线路的建设与维护, 都迫切需要预知轮轨之间的动力作用特性。而现在人类已经能够准确地模拟一个飞行体在宇宙空间的运动并进行精确控制, 但却不能精确摸拟铁路轮轨的相互作用。可见轮——轨关系及车辆——线路相互作用仍然是铁道车辆动力学的中心课题。机车车辆或者列车与铁道线路是一个整体系统, 在这个系统中, 它们相互关联, 相互作用。因此在研究机车车辆动力学性能时, 不能简单地视线路为外激干扰。换言之, 线路也并不存在独立于列车的激扰特性。引起系统产生振动和其它动力作用的是钢轨和车轮的滚动面上实际存在的不平顺和其它几何技术特性,当然还有列车中车辆与车辆之间, 机车与车辆之 间的相互作用。
滚动轴承常见的失效形式及原因
滚动轴承常见的失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时 就产烧伤、生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、架电腐蚀、保持损坏等。一，疲劳剥落用应表面在接触力的反复作疲劳有 许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体劳料由于材疲。现状剥落下来的象称为疲劳剥落点蚀也是或体从表，下其滚动面金属金属基呈点状片。后，点蚀扩展将形成疲劳剥落寸但劳起引一种疲现象，形状尺很小疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面．轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有： 1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。 2、表面起源型滚动表面是以表面为起源产生的疲表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，劳剥落。 3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下： A、制造因素精度、产品结构设计的影响：产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、 1、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了、材料品质的影响：轴承工作时，零件滚动表面承受周期性交变载荷目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。2或冲击载荷。由于零件之间的接触面积很小，因此，会产生极高的接触应力。在接触应力反复作用下，零件工作表面将产生接触疲劳而导致金属剥落。就材料本身的品质来讲，其表面缺陷有裂纹、表面夹渣、折叠、结疤、氧化皮和毛刺等，内部缺陷有严重偏析和疏松、显微孔隙、缩孔、气泡、白点、过烧等，这些缺陷都是造成轴承早期疲劳剥落的主要原因。在材料品质中，另一个主要影响轴承疲劳性能的因素是材料的纯洁度，其具体表现为钢中含氧量的多少及、热处理质量的影响：轴承热处理包括正火、退火、渗碳、淬火、回火、附加回夹杂物的数量多少、大小和分布上。3火等。其质量直接关系到后续的加工质量及产品的使用性能。 4、加工质量的影响：首先是钢材金属流线的影响。钢材在轧制或锻造过程中，其晶粒沿主变形方向被拉长，形成了所谓的钢材流线（纤维）组织。试验表明，该流线方向平行于套圈工作表面的与垂直的相比，其疲劳寿命可相差倍。其次是磨削变质层。磨削变质层对轴承的疲劳寿命与磨损寿命有很大的影响。变质层的产生使材料表面层的组织结构和应力分布发生变化，导致表面层的硬度下降、烧伤，甚至微裂纹，从而对轴承疲劳寿命产生影响。受冷热加工条件及质量控制的影响，产品在加工过程中会出现质量不稳定或加工误差，如热加工的材料淬、回火组织达不到工艺要求、硬度不均匀和降低，冷加工的几何精度超差、工作表． 面的烧伤、机械伤、锈蚀、清洁底低等，会造成轴承零件接触不良、应力集中或承载能力下降，从而对轴承疲劳寿命产生不同程度的影响。 B、使用因素不正确的安装方法很容易造成成轴承损坏或使用因素主要包括轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。 零件局部受力产生应力集中，引起疲劳。过大的配合过盈量容易造成内圈滚道面张力增加及零件抗疲劳能力下降，甚润滑不良会引起不正常的摩擦磨损，并产生大量的热量，影响材料组织和润滑剂性能。如果润滑不当，至出现断裂。 既影密封不良容易使杂质进入轴承内部，即便选用再好的材料制造，加工精度再高，也起不到提高轴承寿命的效果。可以有针对性根据疲劳产生的机理和主要影响因素，响零件之间的正常接触形成疲劳源，又影响润滑或污染润滑剂。地提出预防措施。如对表面起源损伤引起的疲劳，可以通过对零件表面进行表面强化处理，对次表面起源型疲劳可以通
abaqus接触分析的常见问题
CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1点对面离散与面对面离散 【常见问题16-1】 在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surfac e-dis-cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surfacediscretization)，二者有何差别? 『解答』 在点对面离散方法中，从面(slavesurface)上的每个节点与该节点在主面(mastersur face)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。 使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。 在如图16-l和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。
轴承的润滑及密封方法修订稿
轴承的润滑及密封方法 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
轴承的润滑及密封方法 轴承在运动过程中，轴承内外圈以及滚动体之间必然产生相对运动，这样运动体之间就要产生摩擦，消耗一部分动力，引起内外圈和滚动体之间发热、磨损。为了减少摩擦阻力，减缓轴承的磨损速度并控制轴承的温升，提高轴承的使用寿命，在使用轴承的机构设计中必须考虑轴承的润滑问题，而为了使轴承保持润滑，还必须考虑轴承的密封。 润滑的作用 减少摩擦、磨损在摩擦面之间加入润滑剂，在相对运动体之间形成液体或半液体摩擦，降低相对运动体之间的摩擦系数，从而减少摩擦力。由于在相对运动体之间形成油膜隔离，避免两摩擦面之间相互接触导致磨损。 降低温升 由于摩擦系数降低，减少了两摩擦面的摩擦，相应减少轴承的发热；同时润滑油流过润滑面时，可以带走一部分热量。 防止锈蚀和清洗作用润滑油能够形成油膜，保护零件表面免受锈蚀，同时滚动体带动润滑油流过零件表面时可以把摩擦面之间的赃物带走，起到清洗作用。 密封润滑剂可以形成密封的作用，并与密封装置在一起，阻止外界的灰尘等杂物进入轴承，保护轴承不受外物的入侵。 润滑剂的选用原则 为了获得良好的润滑效果，润滑剂必须具备：较低的摩擦系数，良好的吸附能力以及渗入能力，以便能够很好地渗入到摩擦副的微小间隙内，牢固吸附在摩擦面上，形成具有一定强度的抗压油膜。在结构的设计中，应该根据轴承的类型、速度和工作负荷选择润滑剂的种类和润滑方式，如果润滑剂和润滑方式选择得合适，可以降低轴承的工作温度并延长轴承的使用寿命。 滚动轴承的润滑 滚动轴承可以用润滑脂或润滑油来润滑。试验说明，在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低；速度较高时，用润滑油较好。一般情况下，判断的指标是速度因数dn。d为轴承内径（mm），n为转速 （r/min）。各种滚动轴承适用脂润滑或油润滑，油润滑适用什么样的润滑方式的dn值，可以查《机床设计手册》。 1. 脂润滑 脂润滑可用于dn值较低，又不需要冷却的场合。脂润滑的结构比较简单，不存在漏油问题。使用润滑脂进行润滑，润滑脂的充填量不宜过多，不能把轴承填满。否则将引起轴承发热并把脂熔化流出，润滑效果将适得其反。另外填充油脂时不要用手抹（因手上有汗，会腐蚀轴承），应该用针筒注入，使滚道和每个滚动体都粘上脂。 2. 油润滑 油润滑适用一切转速，既可以起润滑作用，又能起冲洗降温作用。润滑油的粘度，是随油温的升高而降低的。为了保证滚动体与滚动道接触面内有足够强度的油膜，应使润滑油在轴承工作温度下的粘度为12-23cst。转速越高，粘度应越低；负荷越重，粘度应越高。如果轴系结构中使用普通轴承，而且轴系运行速度不是很高，润滑一般采用油浴方式；对于精度较高的设备，要求使用精密轴承，建议使用滴油或循环方式供油润滑，因为采用这两种润滑方式，可以对润滑油进行更好的过滤，减少赃物进入轴承，同时这两种润滑方式可以使润滑油充分散热，可以更好使轴承降温。 3. 密封结构 系统中的密封结构，对于油润滑的轴承结构来说，为的是防止润滑油外漏和灰尘屑末切削液等进入；对于脂润滑的轴承结构来说，由于脂不会外泄，主要是防止上述外物。脂润滑的结构对防止外物进入的要求高些。因此对于密封结构的设计主要是考虑防漏和外物的侵入。