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角接触球轴承动力学建模与实验方兵;张雷;曲兴田;赵继【摘要】Considered structure vibration of angular contact ball bearing, the elastic deformation of rolling elements in form of matrix or vector was defined so as to keep structural integrity and get clear notation, in this way , the elastic deformation of every rolling element could be calculated easily. Combining Hertz contact theory and Lagrange mechanics theory, a 5-DOF dynamic model was built. By using this model, the relationship between the frequency of structure and the preload, the contact angle and ball position was discussed. Eexperimental results proved that the error of the dynamic equation was less than 15% , which met the requirement of engineering calculations.%针对轴承装配体结构振动的问题,采用矩阵变换方法分析了双列角接触球轴承接触变形的几何关系,使得分析过程更加简洁和精确,并以此为依据,结合赫兹接触理论和拉格朗日分析力学原理建立了轴承装配体结构5自由度动力学模型；讨论了预紧力、接触角、滚动体位置等对系统固有频率的影响；研制了轴承装配体结构动力学参数测试实验台,实验结果表明,该动力学模型能够较准确地预测结构动态参数,误差在15％以内,满足工程计算的需要.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2012(043)006【总页数】6页(P215-219,225)【关键词】球轴;承角接触;动力学;建模;实验【作者】方兵;张雷;曲兴田;赵继【作者单位】吉林大学机械科学与工程学院,长春130025;吉林大学机械科学与工程学院,长春130025;吉林大学机械科学与工程学院,长春130025;吉林大学机械科学与工程学院,长春130025【正文语种】中文【中图分类】TH133.33+1引言无论是主轴系统还是传动系统，轴承作为支撑部件，其刚度是系统的薄弱环节，其动力学特性对系统整体特性影响较为明显，因此轴承动力学特性计算对于系统的设计与维护来说是十分重要的。
角接触球轴承和圆锥滚子轴承受力分析详解一、反装（背靠背安装）外圈窄边称为面，宽边称为背模型建立：以轴系为隔离体，轴承内圈与轴固定为刚体，外圈与轴承座（箱体）固定为刚体设轴承所受的实际轴向力分别为1a F和2a F，则轴向平衡条件为12a a ae F F F =+受力分析：如果恰好 12d d ae F F F =+，则轴向力11d a F F =，22d a F F =。
这种情况很少出现，一般情况下 12d d ae F F F ≠+，这时需要根据轴的窜动趋势进行计算。
轴的窜动趋势有“向左”和“向右”两种情况： 1）如果12d d ae F F F >+，则轴有向左窜动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松，此时轴承座必须附加一个力F ∆给轴承1，以保持轴向力平衡因此轴承1所受的实际轴向力为211d ae d a F F F F F +=∆+=轴承2所受的实际轴向力为2212d ae d ae ae a a F F F F F F F =-+=-=2）如果12d d ae F F F <+，则轴有向右窜动的趋势，轴承2被压紧，轴承1被放松，此时轴承座必须附加一个力F ∆给轴承2，以保持轴向力平衡因此轴承2所受的实际轴向力为ae d d a F F F F F -=∆+=122轴承1所受的实际轴向力为1121d ae ae d ae a a F F F F F F F =+-=+=结论：被放松轴承的轴向力等于自身的派生轴向力；被压紧轴承的轴向力等于除自身派生轴向力外的其他轴向力之和（注意方向）。
注意点：1）派生轴向力一定从外圈的宽边指向窄边，大小应根据公式计算；2）精确计算时，支点位置需查手册，一般计算取轴承宽度中点；3）计算和判断时必须注意轴向力的方向；4）这两类轴承通常需要成对使用。
二、正装（面对面安装）模型建立：以轴系为隔离体，轴承内圈与轴固定为刚体，外圈与轴承座（箱体）固定为刚体设轴承所受的实际轴向力分别为1a F 和2a F ，则轴向平衡条件为12a a ae F F F =+受力分析：1）如果12d d ae F F F >+，则轴有向左窜动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松，此时轴承座必须附加一个力F ∆给轴承1，以保持轴向力平衡因此轴承1所受的轴向力为211d ae d a F F F F F +=∆+=轴承2所受的轴向力为2212d ae d ae ae a a F F F F F F F =-+=-=2）如果12d d aeF F F <+，则轴有向右窜动的趋势，轴承2被压紧，轴承1被放松，此时轴承座必须附加一个力F ∆给轴承2，以保持轴向力平衡因此轴承2所受的轴向力为ae d d a F F F F F -=∆+=122轴承1所受的轴向力为1121d ae ae d ae a a F F F F F F F =+-=+=总结：角接触球轴承或圆锥滚子轴承寿命计算的一般方法：1）计算两个轴承的径向力1rF和2r F；2）计算两个轴承的派生轴向力1dF和2d F；3）判断轴承的“压紧”和“放松”情况；4）计算轴向力1aF和2a F：“放松”轴承的轴向力等于自身的派生轴向力；“压紧”轴承的轴向力等于除自身的派生轴向力外的其余轴向力矢量和；5）计算两个轴承的当量动载荷)arpYFXFfP+=（；6）计算两个轴承的寿命ε⎪⎭⎫⎝⎛=PCfnL rth60106(h)。
角接触球轴承保持架柔性多体动力学分析
姚廷强;谢伟;谭阳
【期刊名称】《中国机械工程》
【年(卷),期】2014(025)001
【摘要】考虑套圈、钢球和保持架的结构弹性变形与动态接触关系,建立了角接触球轴承柔性多体接触动力学有限元仿真模型.在不同引导游隙、转速和径向力下,运
用ANSYS/LS-DYNA仿真分析了角接触球轴承的动力学性能,以及保持架的动态冲击应力和稳定性.计算讨论了角接触球轴承的动态接触应力,获得了保持架的角速度、动态冲击应力、质心运动轨迹等仿真结果,它们与理论计算结果具有较好的一致性.
结果表明,球轴承运动速度的变化对保持架的动态冲击应力和稳定性的影响较大.【总页数】6页(P117-122)
【作者】姚廷强;谢伟;谭阳
【作者单位】昆明理工大学,昆明,650093;昆明理工大学,昆明,650093;昆明理工大学,昆明,650093
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.33;O313.7
【相关文献】
1.球轴承柔性多体动力学分析与接触振动研究 [J], 姚廷强;迟毅林;王立华;黄亚宇
2.角接触球轴承多体动力学分析 [J], 产文兵;姚廷强
3.角接触球轴承保持架动力学分析 [J], 邓四二;郝建军;滕弘飞;高银涛
4.角接触球轴承柔性多体接触动力学分析 [J], 姚廷强;谭阳;王里达
5.高速角接触球轴承保持架柔体动力学分析 [J], 邓四二;谢鹏飞;杨海生;高银涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
角接触球轴承内外圈的应力分析与优化角接触球轴承作为一种常见的轴承类型，广泛应用于各种机械设备中。
在使用过程中，轴承内外圈之间的应力分布情况对其性能和寿命有着重要影响。
因此，在设计和优化角接触球轴承时，对其内外圈的应力分析与优化至关重要。
一、角接触球轴承的工作原理和结构角接触球轴承是一种能够承受轴向和径向负荷的轴承，它通过球与内外圈的接触来传递负荷。
其结构主要包括内圈、外圈、保持架和钢球。
内圈和外圈之间夹着一定数量的钢球，保持架用于固定钢球的位置。
当轴受到力的作用时，力通过钢球传递到内外圈，由此带来应力分布，下面将对其应力分析进行探讨。
二、角接触球轴承内外圈的应力分析1.径向力的作用下的应力分析当角接触球轴承承受径向负荷时，力将通过钢球传递到内外圈，从而产生应力分布。
由于内外圈的形状和尺寸不同，因此其应力分布也存在差异。
通常情况下，内圈的应力分布相对均匀，而外圈则在接触点处应力最大，逐渐向外递减。
这是由于在球与内外圈的接触面上，由于尺寸差异而产生相应的接触应力，因此接触点的应力最大。
这一点需要在设计和制造过程中加以考虑，以确保外圈能够承受足够大的应力，从而保证轴承的寿命和性能。
2.轴向力的作用下的应力分析当轴承承受轴向负荷时，力将主要通过保持架和钢球传递到内外圈。
在这种情况下，内外圈的应力分布与径向力下的应力分布有所不同。
在轴向负荷的作用下，内外圈的应力分布呈现出椭圆形，即内外圈在水平方向上的应力大于在垂直方向上的应力。
这是由于轴向力的作用使得内外圈的形状变形，导致应力分布的不均匀。
因此，在设计角接触球轴承时，需要考虑轴向负荷的影响，合理选择材料和优化结构，以增强其承载能力。
三、角接触球轴承内外圈应力的优化方法为了提高角接触球轴承的性能和寿命，需要对其内外圈的应力进行优化。
以下是一些常用的优化方法：1.材料的选择对于内外圈来说，材料的选择对应力分布至关重要。
通常情况下，内圈采用高硬度和高强度的材料，以增强其抗疲劳性能；而外圈则需要选择具有适当的韧性和耐磨性的材料，以增强其承载能力和抗裂性能。
角接触球轴承参数
角接触球轴承（Angular Contact Ball Bearing）的常规尺寸参数包括内径（d）、外径（D）、轴承宽度（B）、接触角（α）、额定动载荷度（Cr）和额定静载荷度（Cor）等。
以下是一些常见的角接触球轴承的参数规格：
1. 7200系列：内径范围从10mm到40mm，接触角为15度。
2. 7300系列：内径范围从10mm到55mm，接触角为40度。
3. 7000系列：内径范围从10mm到80mm，接触角为25度或15度。
4. 71900系列：内径范围从10mm到150mm，接触角为15度或25度。
5. 3200系列：内径范围从10mm到100mm，接触角为32度。
6. 5200系列：内径范围从10mm到100mm，接触角为25度。
轴承的额定动载荷表现了轴承在设计寿命内的承受能力，单位为牛顿（N）。
而额定静载荷则是轴承在不发生裂纹和变形的情况下所能承受的最大负荷。
在选用
角接触球轴承时，需根据实际工作条件综合考虑上述参数，以满足机器设备的传动需求。
滚动轴承的动态特性的实验研究滚动轴承的动态特性的实验研究摘要：研究了旋转条件下，不同参数对角接触球轴承的刚度和阻尼的影响。
由于原油粘度的依赖性的特点，轴向和径向预紧力对轴承动态特性有最显著的影响作用。
轴承部件的差温加热也可以是一个非常敏感的因素。
由此得出结论：轴承和外壳之间的结合面对装配轴承总的动态特性有显著的影响作用。
关键字：轴承，动态，结合面，预载一介绍滚动轴承在大部分的旋转机械中是使用最广泛的部件之一。
由于它们一直在轴和外壳之间的振动传输路径中，轴承的行为对设备的动态性能具有实质性的影响。
描述这种行为的关键因素是轴承的刚度和响应阻尼。
有关滚动轴承动态特性的知识有助于优化旋转机械的操作条件以使其增加可靠性和使用寿命，从而提高其经济效益。
关于这一领域有很少的实验数据。
Dareing和Johnson做过两个钢片连接处可用阻尼的相关实验。
他们的实验工作指示在接触表面的接口存在数量相当可观的由润滑剂产生的阻尼，并且阻尼随着润滑剂粘度的增加而增加。
Elsermants 等人摒弃径向和轴向轴承动态特性，但是他们提出一种试验方法来衡量一个圆锥滚子轴承的倾斜特性。
他们的工作总结了倾斜刚度和倾斜阻尼随着轴向预紧力的增加而快速的增加并随着转速的增加而缓慢的减小。
Walford和Stone等人测量了角接触球轴承的径向特性。
结果显示随着轴向预紧力及润滑剂粘度的增加，刚度增加并且阻尼减小，尽管随着力幅值和激励频率的增加刚度会减小阻尼会增加。
Kraus等人提出一种实验研究方法，在非对称转子试验台上增加两个深沟球轴承来研究在径向和轴向轴承阻尼中的速度、各种不同的预载荷以及轴承松动。
实验显示阻尼随着速度的增加而增加，尽管预载荷与径向和轴向方向上的阻尼有相反的效果。
根据Elsermans等人和Zeillinger等人的实验结果显示了对球轴承阻尼系数计算的相关实验工作。
在这些工作中，可能会注意到一点就是联合有助于阻尼性能并且界面阻尼很大程度上受外壳界面间隙的影响。
