基于ANSYS%2fLS-DYNA的高速电主轴轴承动力学分析与仿真.pdfVIP

口侯运丰 口魏鹏 口郭俊锋 兰州理工大学机电工程学院 兰州 730050 摘要：为了建立高速电主轴轴承的在线监测系统，更加合理地安置传感器，进而完成轴承的故障诊断，运用ANSYS／ U卜DYNA建立了角接触轴承的有限元模型。根据实际工况施加了合理的边界条件和栽荷条件。实现了轴承的显式动力学仿 真，得到了滚动轴承的应力分布和动态响应。仿真结果表明。与已有的滚动轴承运动的理论和实际情况基本吻合。 关键词：高速电主轴 角接触轴承显式动力学 文献标识码：A 中图分类号：THl33．33；TP391 文章编号：1000—4998(2012)08—0017—04 在机械系统中．轴承是影响整个系统性能最关键 显式分析软件．对大范围的接触类型有效，具有丰富先 的零件之一。而滚动轴承因能耗低、刚性好和承载能力 进的材料模型和强大的大变形分析能力．它以 强而得到广泛应用。通常．都将滚动接触疲劳视为滚动 轴承的典型失效方式．这促成了人们对长寿命轴承材 构分析非线性有限元程序。它具有很广泛的分析功能。 料的开发和对其制造工艺的改进。但随着近年来电主 如非线性和多刚体动力学分析、接触分析、冲击与碰撞 轴单元的广泛应用．电主轴的转速越来越高。对于给定 分析等。在动力学有限元分析中，系统的求解方程为： 的材料和T作负荷及单位时间内的载荷循环数会随着 ^坛(￡)+C冱(f)+勋(￡)=Q(￡) (1) 转速的上升而增大，使滚动轴承的疲劳寿命急剧下降。 式中：／／(t)为系统的节点加速度向量；五(t)为系统的节 同时．转速的提高增大了滚动体的离心效应。使轴承的 点速度向量；口(t)为系统的节点位移向量；M为质量矩 接触负荷和周应力随之增加。对滚动轴fir,造成更大的 阵；C为阻尼矩阵；X为刚度矩阵；Q(t)为节点载荷向 冲击．tlzx寸其破裂韧性提出更高的要求…。 量。 滚动轴承零件的动力学特性在高速下变得尤为重 在ANSYS／LS—DYNA下．采用直接积分中的中心 要。在高速条件下，包括各种制造公差在内的工作参数 差分法在时间t求加速度： 和几何参数都会影响轴承零件的动态稳定性．此时轴 {口l}=[M]_1(IF。一]一[E“]) (2) 承的失效可能要归因于轴承零件的不稳定运动．而不 式中：[Fl砷]为施加外力和体力向量；[Eh]为内力向 再归因于疲劳。轴承在高速下的实际寿命可能会比预 量．其值为： 期的疲劳寿命低几个数量级，而此时。各个轴承零件的 r E“=(∑l酽矗d出nP。)+P“ (3) 动态特性将决定轴承性能。尽可能真实地分析轴承零 6 件的相互作用和滚动轴承的有关动力学特性．进而为 式中：严为接触力；小为沙漏阻力； 轴承故障诊断奠定基础就成为本文的主要目的。 速度秽和位移u为： {。枷}={t，。枷}+{口l}At (4) 1 基于ANSYs／LS—DYNA的显式有限元算法 {Ⅱ。础}={Ⅱ。}+{”。妣}At。枷 (5) 有限元方法是以离散数学为基础、以计算机为工 与通用ANSYS隐式分析比较，这种算法在处理非 具的一种解法．其边界适应性好．计算准确性高．随着 线性问题时的主要特点包括：(1)集中质景矩阵仅需 计算机技术的发展，对复杂情况往往能得出满意的结 要简单求逆．无须对刚度矩阵求逆，所有非线性(包括 果，因此在T程实际中