考虑游隙的滚动轴承刚度模型及其时变特性分析
Stiffness Model of Rolling Bearing Considering Clearance and Analysis of Its Time-varying Characteristic
- 机械传动 2021年45卷第3期 页码：8-14
- 作者机构：
1.西安理工大学 机械与精密仪器工程学院， 陕西 西安 710048
- 作者简介：
陈润霖（1985— ），男，湖北仙桃人，博士，讲师，研究方向为轴承转子动力学、润滑理论、现代机械设计。
- 基金信息：国家重点研发计划(2018YFB2000505)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.002
中图分类号：
扫 描 看 全 文
陈润霖,韩沁,张梦豪等.考虑游隙的滚动轴承刚度模型及其时变特性分析[J].机械传动,2021,45(03):8-14.
Chen Runlin,Han Qin,Zhang Menghao,et al.Stiffness Model of Rolling Bearing Considering Clearance and Analysis of Its Time-varying Characteristic[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(03):8-14.
陈润霖,韩沁,张梦豪等.考虑游隙的滚动轴承刚度模型及其时变特性分析[J].机械传动,2021,45(03):8-14. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.002.
Chen Runlin,Han Qin,Zhang Menghao,et al.Stiffness Model of Rolling Bearing Considering Clearance and Analysis of Its Time-varying Characteristic[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(03):8-14. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.03.002.
摘要
为了研究滚动轴承时变刚度对精密机床主轴回转精度的影响规律，在考虑游隙的条件下，建立滚动轴承的时变刚度模型，并提出采用平均刚度和刚度幅值变化率来表征刚度的时变特性。以深沟球轴承为例，分析了不同径向游隙、载荷、滚动体数对滚动轴承时变刚度的影响规律。结果表明，轴承的平均刚度与径向游隙负相关，与载荷和滚动体数正相关；刚度幅值变化率随着径向游隙的增大总体呈增大趋势，随载荷和滚动体数的增大总体呈减小趋势，但是，当等效承载滚动体数为整数时，滚动轴承刚度的时变特性最为明显。为了减小轴承刚度的时变特性，应当根据载荷等工况条件，选择合理的游隙和滚动体数。
Abstract
In order to research the influence of the time-varying stiffness of rolling bearings on the precision of spindle rotation of machine tools， a time-varying stiffness model of rolling bearings are established by considering the radial clearance. And the average stiffness and stiffness amplitude change rate are proposed to characterize the time-varying characteristics of stiffness. Taking deep groove ball bearings as an example， the influences of different radial clearances， loads， and numbers of bearing rolling elements on the time-varying stiffness of rolling bearings are analyzed. The results show that the average stiffness of the bearing is negatively related to the radial clearance and positively related to the load and the number of rolling elements； the stiffness amplitude change rate generally increases with the increase of the radial clearance， and decreases with the increase of the load and the number of rolling elements. But when the number of equivalent bearing rolling elements is an integer， the time-varying characteristics of rolling bearing stiffness are the most significant. In order to reduce the time-varying characteristics of bearing stiffness， a reasonable clearance and number of rolling elements should be selected according to the working conditions such as load and speed.
关键词
滚动轴承刚度模型时变特性游隙
Keywords
Rolling bearingStiffness modelTime-varying characteristicClearance
references
叶振环，王黎钦.基于混合编程的滚动轴承动力学分析软件开发［J］.遵义师范学院学报，2016，18（2）：109-111.
YE Zhenhuan，WANG Liqin.Development of the dynamic analysis software of rolling bearings based on mixed programming method［J］.Zunyi Normal College，2016，18（2）：109-111.
EBERT F J.An overview of performance characteristics，experiencesand trends of aerospace engine bearings technologies［J］.Chinese Journal of Aeronautics，2007（4）：380-386.
张琦涛.深沟球轴承径向运动噪声计算方法研究［D］.上海：华东理工大学，2019：1-24.
ZHANG Qitao.Research on the calculation method of radial motion noise for deep groove ball bearings［D］.Shanghai：East China University of Science and Technology，2019：1-24.
黄琳琳.滚动轴承刚度的非线性分析及工程应用［D］.大连：大连理工大学，2009：4-17.
HUANG Linlin.The nonlinear analysis and engineering application to rolling bearing stiffness［D］.Dalian：Dalian University of Technology，2009：4-17.
LIM T C，SINGH R.Vibration transmission through rolling element bearings，part I：bearing stiffness formulation［J］.Journal of Sound and Vibration，1990，139（2）：179-199.
邵桂阳.数控机床主轴系统静动力学特性分析［D］.沈阳：东北大学，2017：1-3.
SHAO Guiyang.Analysis on static and dynamic characteristics of the spindle system for a NC lathe［D］.Shenyang：Northeastern University，2017：1-3.
张伟刚，高尚晗，龙新华，等.机床主轴-滚动轴承系统非线性动力学分析［J］.振动与冲击，2008（9）：72-75.
ZHANG Weigang，GAO Shanghan，LONG Xinhua，et al.Machine tool spindle nonlinear dynamic analysis of rolling bearing system［J］.Journal of Vibration and Shock，2008（9）：72-75.
STRIBECK R.Ball bearings for various loads［J］.Transactions of the ASME，1907，29：420-463.
PERRET H.Elastiche spielschwingungen konstant belaster walzlger［J］.Werkstatt Und Betrieb，1950（3）：354-358.
刘旺玉，李静.基于Hertz理论的深沟球轴承动态接触分析［J］.机械设计与制造，2011（8）：224-226.
LIU Wangyu，LI Jing.Dynamic contact analysis of deep groove ball bearing based on hertz theory［J］.Machinery Design and Manufacture，2011（8）：224-226.
汪久根，王庆九，章维明.滚动轴承动力学的研究［J］.轴承，2007 （3）：40-45.
WANG Jiugen，WANG Qingjiu，ZHANG Weiming.Study on dynamics of rolling bearings［J］.Bearing，2007（3）：40-45.
LIM T C，SINGH R.Vibration transmission through rolling element bearings，part V：effect of distributed contact load on roller bearing stiffness matrix［J］.Journal of Sound and Vibration，1994，169（4）：547-553.
ZHANG X N，HAN Q K，PENG Z K，et al.Stability analysis of a rotor-bearing system with time-varying bearing stiffness due to finite number of balls and unbalanced force［J］.Journal of Sound and Vibration，2013，332（25）：6768-6784.
李小彭，陈仁桢，尚东阳，等.变刚度轴承-碰摩转子机动飞行动力学响应［J］.哈尔滨工业大学学报，2020，52（1）：1-7.
LI Xiaopeng，CHEN Renzhen，SHANG Dongyang，et al.Dynamic response of maneuvering flight friction rotor with variable stiffness bearing［J］.Journal of Harbin Institute of Technology，2020，52（1）：1-7.
LIEW H-V，LIM T C.Analysis of time-varying rolling element bearing characteristics［J］.Journal of Sound and Vibration，2005，283（3）：1163-1179.
GUO Y，PARKER R G.Stiffness matrix calculation of rolling element bearings using a finite element/contact mechanics model［J］.Mechanism and Machine Theory，2012，51：32-45.
PETERSEN D，HOWARD C，PRIME Z.Varying stiffness and load distributions in defective ball bearings：analytical formulation and application to defect size estimation［J］.Journal of Sound and Vibration，2015，337：284-300.
邓四二，付金辉，王燕霜，等.航空发动机滚动轴承-双转子系统动态特性分析［J］.航空动力学报，2013，28（1）：195-204.
DENG Sier，FU Jinhui，WANG Yanshuang，et al.Analysis on dynamic characteristics of aero-engine rolling bearing/dual-rotor system［J］.Journal of Aerospace Power，2013，28（1）：195-204.
曹宏瑞，李亚敏，何正嘉，等.高速滚动轴承-转子系统时变轴承刚度及振动响应分析［J］.机械工程学报，2014，50（15）：73-81.
CAO Hongrui，LI Yamin，HE Zhengjia，et al.Time varying bearing stiffiness and vibration response analysis of high speed rolling bearing-rotor systems［J］.Journal of Mechanical Engineering，2014，50（15）：73-81.
刘泽九，贺士荃，刘晖.滚动轴承应用［M］.北京：机械工业出版社，2007：210-260.
LIU Zejiu，HE Shiquan，LIU Hui.Rolling bearing application manual［M］.BeiJing：China Machine Press，2007：210-260.
冈本纯三（日.球轴承的设计计算［M］.黄志强，译.北京：机械工业出版社，2003：1-47.
OKAMOTO J.Design and calculation of ball bearings［M］.HUANG Zhiqiang，Jr.Beijing：China Machine Press，2003：1-47.
林松.滚动轴承的刚度计算［J］.镇江农业机械学院学报，1982（3）：68-76.
LIN Song.Calculation of the stiffness of rolling bearings［J］.Journal of Zhenjiang Institute of Agricultural Machinery，1982（3）：68-76.
任红军.滚动轴承的刚度分析方法与试验测定［J］.动力学与控制学报，2018，16（6）：575-580.
REN Hongjun.Analytical determination method of the rolling bearing stiffness and experimental validation［J］.Journal of Dynamics and Control，2018，16（6）：575-580.
何芝仙，刘喆.滚动轴承支承刚度计算［J］.机械设计，2016，33（9）：46-50.
HE Zhixian，LIU Zhe.Supporting stiffiness calculation of the rolling bearing［J］.Journal of Machine Design，2016，33（9）：46-50.
赵丹.滚动轴承参数化设计与有限元分析［D］.青岛：山东科技大学，2008：26-35.
ZHAO Dan.Parameterized design and finite element analysis for roller beaings［D］.Qingdao：Shandong University of Science and Technology，2008：26-35.
刘章红.滚动轴承参数化建模系统与有限元分析研究［D］.成都：西南交通大学，2014：6-16.
LIU Zhanghong.Research on rolling bearing's parametric modeling system and finite element analysis［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University，2014：6-16.
0
浏览量
6
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 豫ICP备05013835号-5
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies