球轴承接触应力计算的自动化处理方法技术

本发明专利技术公开了一种球轴承接触应力计算的自动化处理方法，采用VBA语言与Excel表单程序化形成用户界面和执行控件，用户界面包括与执行控件相配合的输入框和输出框，该输入框提供相关参数输入表单；执行控件内包含计算正应力的算法和绘制对应正应力的三维图，该计算过程如下：输入球轴承参数；计算综合曲率；数值积分，解椭圆积分；解超越方程，获得椭圆率；计算接触椭圆半宽；计算最大应力和平均应力；判断是否需要构建三维图，如需要则继续下一步，否则输出最大应力和平均应力；输入框提示输入长短半轴分割数；输出计算值到Excel表单，并绘制正应力三维图。本发明专利技术能够确保精度和通用性的同时，快速求解和绘制球轴承接触应力图纸。快速求解和绘制球轴承接触应力图纸。快速求解和绘制球轴承接触应力图纸。

【技术实现步骤摘要】
球轴承接触应力计算的自动化处理方法


[0001]本专利技术涉及轴承检测，具体为球轴承接触应力计算的自动化处理方法。

技术介绍

[0002]滚动轴承依靠滚道和滚动体的相互接触来支撑载荷，因此了解接触的状态尤为重要。通常对于轴承内部的接触问题，滚动轴承的接触在弹性极限内进行，赫兹弹性接触理论通常用于计算接触椭圆半宽，接触应力以及弹性趋近量等问题。但是通常计算过程非常繁复，在某些文献中对计算做了简化处理，但是简化的同时使得计算精度和通用性下降(比如只能适用于弹性模量和泊松比一定的钢材，对于其他的材质就不适用)。如果不做简化处理，则需要求解代数超越方程，椭圆积分等问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种球轴承接触应力计算的自动化处理方法，能够确保精度和通用性的同时，快速求解和绘制球轴承接触应力图纸。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种球轴承接触应力计算的自动化处理方法，采用VBA语言与Excel表单程序化形成用户界面和执行控件，用户界面包括与执行控件相配合的输入框和输出框，该输入框提供相关参数输入表单；执行控件内包含计算正应力的算法和绘制对应正应力的三维图，该计算过程如下：输入球轴承参数；计算综合曲率；数值积分，解椭圆积分；解超越方程，获得椭圆率；计算接触椭圆半宽；计算最大应力和平均应力；判断是否需要构建三维图，如需要则继续下一步，否则输出最大应力和平均应力；输入框提示输入长短半轴分割数；输出计算值到Excel表单，并绘制正应力三维图。
[0005]作为本专利技术的进一步改进，参数输入表单包括
[0006]钢球相关参数中的弹性模量、泊松比、钢球数目、钢球直径；
[0007]内外圈相关参数中的弹性模量、泊松比、沟曲率、沟底直径；
[0008]外部径向载荷；
[0009]接触角。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，椭圆积分采用辛普森数值积分法分析。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，超越方程采用二分法分析。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，输出计算值到Excel表单同时存储二维数组，并根据二维数组绘制三维图。
[0013]本专利技术的有益效果，克服现有技术中计算过程复杂，容易出错并且效率低下的问题，而且能够提高通用性，适应更多的轴承规格，不需要进行简化操作。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的球轴承接触应力计算的自动化处理流程图；
[0015]图2为本专利技术的球轴承赫兹接触应力的软件界面；
[0016]图3为本专利技术的某个计算案例的参数输入；
[0017]图4为本专利技术的某个计算案例的一键式计算结果；
[0018]图5为本专利技术的某个计算案例的球
‑
内圈正应力三维显示图。
具体实施方式
[0019]下面将结合附图所给出的实施例对本专利技术做进一步的详述。
[0020]参照图1
‑
5所示，
[0021]一种球轴承接触应力计算的自动化处理方法，采用VBA语言与Excel表单程序化形成用户界面和执行控件，用户界面包括与执行控件相配合的输入框和输出框，该输入框提供相关参数输入表单；执行控件内包含计算正应力的算法和绘制对应正应力的三维图，该计算过程如下：
[0022]1.输入球轴承参数；2.计算综合曲率；3.数值积分，解椭圆积分；4.解超越方程，获得椭圆率；5.计算接触椭圆半宽；6.计算最大应力和平均应力；7.判断是否需要构建三维图，如需要则继续下一步，否则输出最大应力和平均应力；8.输入框提示输入长短半轴分割数；9.输出计算值到Excel表单，并绘制正应力三维图。
[0023]上述方案利用Excel表单程序化结合VBA语言，能够实现计算的整合，计算结果更加方便，不需要人工进行。而且能够具备通用性，在不简化计算过程的同时，能够提高计算效率和准确性，而且所需的操作简单，只需要输入对应的参数即可，最终得到的三维图能够直接形象的获得，破解了现有技术中的难题。
[0024]具体的来说：
[0025](1)输入球轴承参数：对应图2所示的，在背景为白色的输入框中定义球轴承的参数，对于钢球而言，有“弹性模量”、“泊松比”、“钢球数目”、“钢球直径”四个数据需要输入；对于内圈和外圈而言，有“弹性模量”、“泊松比”、“沟曲率”和“沟底直径”需要输入；此外还需输入一个“外部径向载荷”以及接触角α(默认为0
°
)。在图2中还给出了计算示意图，显示轴承套圈和滚动体已经滚动方向，滚动体的滚动方向沿着y轴，x轴为轴向，z为径向，其中还示意了一个接触椭圆，其长半轴标记为a，短半轴标记为b。
[0026](2)计算综合曲率：针对以上输入框中输入的数据，对综合曲率进行计算，其计算方法为：
[0027][0028]以钢球和滚道接触为例，各自的主曲率(1/mm)表达式如下，
[0029]钢球：
[0030]内圈：
[0031]其中r
i
为内圈沟曲率，F为沟底直径。
[0032]外圈与钢球的主曲率的计算相类似。
[0033](3)数值积分，求解椭圆积分：在这一步中，会对第一类和第二类椭圆积分进行数值求解，主要积分公式如下所示，其具体积分过程采用辛普森积分法。
[0034][0035][0036](4)求解超越方程，求椭圆率：在这一步中，主要将上述的椭圆积分代入到以下方程中，对以下方程进行求根，其中k为待求量，其具体求解使用二分法。
[0037][0038](5)计算接触椭圆半宽：计算出椭圆率k之后，可以确定接触椭圆的半宽，
[0039][0040][0041][0042][0043]其中，
[0044][0045]F
r
为径向载荷，α为接触角，默认为0
°
。
[0046][0047][0048]其中，σ1，σ2为泊松比，E1，E2为弹性模量。
[0049](6)计算最大应力和平均应力：根据以下公式确定最大接触应力和平均应力，
[0050]平均接触应力(MPa)
[0051][0052]最大接触应力(MPa)
[0053]p
max
＝1.5p
m
[0054](7)输入长短半轴分割数：若需要作图，则在输入区将长短半轴分割数填入
[0055](8)计算值存放二维数组并输出到Excel表格：这一步将根据长短半轴的分割数，计算每一个分割点上的应力计算公式为，
[0056][0057](9)绘制正应力三维图：将根据计算出的二维数组绘制三维图，更加直观地展现正应力的分布。
[0058]另外，结合附图所示，该方案中，
[0059](1)输入球轴承参数：以图3所示的案例举例说明
[0060](2)计算综合曲率
[0061](3)数值积分，其主要实施代码如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球轴承接触应力计算的自动化处理方法，其特征在于，采用VBA语言与Excel表单程序化形成用户界面和执行控件，用户界面包括与执行控件相配合的输入框和输出框，该输入框提供相关参数输入表单；执行控件内包含计算正应力的算法和绘制对应正应力的三维图，该计算过程如下：输入球轴承参数；计算综合曲率；数值积分，解椭圆积分；解超越方程，获得椭圆率；计算接触椭圆半宽；计算最大应力和平均应力；判断是否需要构建三维图，如需要则继续下一步，否则输出最大应力和平均应力；输入框提示输入长短半轴分割数；输出计算值到Excel表单，并绘制正应力三维图。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚文彬，李贤，强永席，杜帅，
申请(专利权)人：上海人本集团轴承技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：