PDF《倾斜与偏移时轴承动态接触特性分析》

第41 卷第

3 期2019 年5月南京工业大学学报(自 然科学版) JOURNAL OF NANJING TECH UNIVERSITY (Natural Science Edition) Vol.

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2019 doi:10.3969/ j.issn.1671-7627.2019.03.011 倾斜与偏移时轴承动态接触特性分析 韩君,袁祖强,殷晨波,张凯(南京工业大学 机械与动力工程学院,江苏 南京 211800) 收稿日期:2018-03-16 基金项目:国家自然科学基金(51575255);

江苏省质量技术监督局科技项目(KJ175914) 作者简介:韩君(1992―),男,E?mail:1226258931@ qq.com;

袁祖强(联系人),教授,E?mail:978536929@ qq.com. 引用本文:韩君,袁祖强,殷晨波,等.倾斜与偏移时轴承动态接触特性分析[J].南京工业大学学报(自然科学版),2019,41(3):338-342. 摘要: 以发动机配气机构中凸轮与轴承为研究对象,研究轴颈不同倾斜或偏移角度下滚动轴承与凸轮动态接触 问题,分别建立不同倾斜和偏移角下的接触模型. 将建模过程通过 ANSYS 参数化设计语言(APDL)来实现,用显 示动力学求解器(LS DYNA solver)运算对应的 K 文件,最后在有限元前后处理软件(LS PrePost)中表征各物理 量在整个时域上的变化过程. 结果表明:轴颈倾斜角分别为 0? 1°和0? 28°时,轴承外圈上的最大等效应力以及轴上 的应力和振动情况并没有特别大的变化;

轴颈相对凸轮偏移 1°和2°时,轴承会抱死,轴承和轴上等效应力随着偏 移角度的增加而增加;

摇臂轴承上轴承轴颈有小角度倾斜不会引起接触应力大幅度增大;

轴颈偏移一定角度会使 轴承接触应力增加;

当轴颈存在偏移的时候,一定范围的倾斜角可以防止抱死. 关键词: 轴承;

凸轮;

有限元法;

偏转角度 中图分类号: TH123?

4 文章编号: 1671-7627(2019)03-0338-05 Dynamic contact characteristics analysis of bearing exist tilt and deviation HAN Jun,YUAN Zuqiang,YIN Chenbo,ZHANG Kai (School of Mechanical and Power Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211800, China) Abstract:The dynamic contact problem between rolling bearing and cam was studied from the contact model under different tilt and deviation angles. The modeling calculation was implemented with APDL, the corresponding K files were calculated by LS?DYNA solver, and all physical quantities in the whole time domain was obtained by LS?PrePost. Results showed that when the tilt angle was selected 0?

1 and 0?

28 degrees, respectively, the maximum equivalent stress on the bearing and vibration and stress on the axis had less changes;

when the deviation angle was selected

1 or

2 degrees, the bearing could be locked and force on the bearing and axis would increase with the deviation angle. The small angle tilt of the rocker bearing would not cause the contact stress to increase greatly but the deviation would. The tilt angle could prevent bearing be locked when a little deviation angle existed. Key words:bearing;

cam;

finite element method;

tilt and deviation angle 发动机的配气机构是实现能量转化的机构,发 动机通过该机构实现工作循环. 配气机构能否稳 定运行关系到发动机整体的可靠性和使用寿命[1] . 随着我国工业技术的不断崛起以及发动机标准向 欧美法规过度,对相应零部件的生产和安装标准也 在提高,以便从整体上来获得发动机更高的强化程

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3 度. 凸轮 轴承作为气门传动组中实现摇臂与凸轮 轴接触的部位,工作过程的稳定直接影响到整个系 统的效率和经济性. 所以对凸轮与轴承动态接触的研究具有十分 重要的意义[2] . 发动机零部件需要在高温、高压、 高转速和高冲击载荷情况下服役,能够保证凸轮 轴 承稳定的滚动摩擦,可以减轻过早的疲劳失效[3] . 为了研究轴承接触情况,国内外学者在轴承相 关课题上做了大量工作. 熊万里等[4] 对角接触球 轴承套圈倾斜进行了定量分析,建立了轴承套圈倾 斜角动态特性模型,推断倾斜角的允许范围. 白晓 波等[5] 用迭代法对滚针内外圈轴线相对倾斜进行 研究,得出轴承内外圈倾斜时,滚针轴承应适当增 加间隙来增加寿命. Zhang 等[6] 建立了考虑轴承预 紧力和接触角情况下非线性模型,方便学者建立相 关数学模型. 余光伟等[7] 在UG 中对滚针轴承进行 建模,然后导入 ANSYS 来研究接触情况,为滚针轴 承寿命和磨损计算提供依据. Korolev 等[8] 建立了 滚动轴承数学模型,研究循环载荷下轴承接触区域 的疲劳和重复性载荷,提出接触面积和应力分布特 征的关系. 童宝宏等[9] 在轴颈倾斜时对滚针轴承 进行动态接触分析,在这一领域方法较为先进,但 是没有考虑变载荷情况与其他物体接触对轴承的 影响,得到的载荷是由在定载荷情况下外滚道与滚 子转动引起. 本文通过改变轴承轴颈的倾斜或偏移角,模拟 了一对凸轮 轴承的接触特性. 在考虑摩擦、弹簧载 荷、转速等因素下,通过有限元软件 ANSYS 建立数 值模型以及划分网格. 利用软件中的求解器来计 算得到的 K 文件,在LS PrePost 中可以得到最终 结果数据. 通过给定参数来实现接触过程中边界 条件的周期性旋转,仿真得到不同偏转角度情况下 的动载荷以及分析结果. 研究结果对发动机工作 过程的稳定,乃至整个发动机系统的效率和经济性 均具有一定的指导意义.