【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于静力学及流体传动，尤其涉及一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法。
技术介绍
1、内曲线液压马达中的滚子是马达最重要的传动零件之一，与内曲线导轨为线接触状态，通过滚动将液压力转化为推动马达旋转的机械扭矩。然而凸轮滚子轴承在重载下容易在相邻滚子两端产生应力集中，影响滚子轴承的疲劳寿命，因此建立轴承准确的疲劳寿命模型并对于其疲劳寿命进行预测是及其必要的。但是在现有绝大部分情况下，针对滚子轴承进行静力学分析时，基于刚性固定钢圈模型，轴承径向接触力仅考虑滚动体与内外圈之间的赫兹接触变形量引起的赫兹接触力，接触压力考虑的是受载最大的滚动体与滚道接触中间截面的最大接触应力。然而，对于内曲线液压马达内部的凸轮滚子轴承受极大外载荷作用和轴承外圈自由滚动非固定结构，轴承外圈在外力作用下会发生挠曲变形以及偏斜，进而导致局部偏载引起接触变形和接触力变化。因此，刚性套圈模型是仅考虑均匀载荷作用模型，在内曲线液压马达内部凸轮滚子轴承进行轴承疲劳寿命分析时并不适用。
2、综上所述，本专利技术提出一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，用于建立轴承的剩余使用寿命精确模型并计算其使用寿命。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对内曲线液压马达凸轮滚子轴承提出一种在载荷作用下精确受力模型，用于其疲劳寿命的精确计算。在轴承刚性套圈模型的基础上进行改进，考虑了轴承外圈在外力作用下的挠曲变形以及偏斜作用，对滚子与滚子/外圈之间接触力能够进行精确计算，进而更准确地计算疲劳寿命。该
2、本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，该方法用于精确计算其疲劳寿命，具体包括如下步骤：
3、步骤一：在无载荷作用下，构建滚子表面、轴承外圈表面和马达凸轮环表面的位置矢量：
4、步骤二：基于步骤一构建的位置矢量，计算施加载荷后的轴承外圈的位置矢量、凸轮环的位置矢量、滚子表面与相邻滚子表面接触的位置矢量以及滚子表面与轴承外圈接触的位置矢量：
5、步骤三：将滚子沿轴向均匀离散成若干切片，计算每个滚子的每个切面与相邻滚子切面间以及轴承外圈的接触干涉：
6、步骤四：将轴承外圈沿轴向均匀离散成若干切片，计算轴承外圈每个切面与接触的凸轮环之间的接触干涉；
7、步骤五：考虑外圈柔性变形并建立载荷平衡方程，具体为：利用傅里叶级数表示外部接触力和滚子接触力共同作用在轴承外圈上产生的结构变形，基构建滚子、销轴和轴承外圈载荷平衡方程；
8、步骤六：求解步骤五中构建的载荷平衡方程，基于滚子每个切面以及轴承外圈每个切面的载荷分布，计算滚子每个切面与相邻滚子对应切面之间以及滚子每个切面与轴承外圈之间的接触压力，得到集中在某个滚子切片的等效接触压力，计算轴承疲劳使用寿命。
9、进一步地，步骤一中，建立无载荷作用下的第j个滚子表面和轴承外圈表面在全局坐标系中的位置矢量：
10、
11、
12、其中，ψj表示第j个滚子的方位角，ψj＝2π(j-1)/nb；dm和dr分别表示销轴的直径和滚子直径，y表示滚子长度，nb为滚子总数。
13、建立无载荷作用下的第j个滚子与滚子和轴承外圈接触的局部坐标下的位置矢量为：
14、
15、
16、建立轴承外圈和凸轮环外表面在全局坐标下的互相接触的位置矢量为：
17、
18、其中，yn表示滚子外圈长度坐标，d表示滚子外圈外径，d＝dm+dr+pd+2t，pd表示径向游隙，t表示外圈厚度。
19、进一步地，内曲线液压马达轴承内圈为销轴结构，载荷作用下，销轴在x和z方向的移动距离为upx和upz，旋转角度为θpx和θpz，轴承外圈在x和z方向的移动距离为urx和urz，旋转角度为θrx和θrz，则销轴表面和轴承外圈的位置矢量变化为：
20、
21、
22、其中，ap和ar分别表示施加载荷后销轴和轴承外圈的变换矩阵：
23、
24、
25、则得到负载作用下，轴承外圈的位置矢量为：
26、
27、凸轮环认为固定，位置矢量保持不变：
28、
29、当施加载荷时，第j个滚子移动uj并旋转βj，则滚子表面与相邻滚子和轴承外圈接触的局部坐标位置矢量变化为：
30、
31、
32、其中，aj是第j个滚子加载后的变换矩阵，表示为：
33、
34、在全局坐标系中，滚子表面与相邻滚子和轴承外圈接触的位置矢量通过以下表示：
35、
36、
37、其中，am表示局部坐标到全局坐标的变换矩阵，wm表示局部坐标原点在全局坐标中的位置矢量，分别表示为：
38、
39、wm＝[0.5dmsin(ψj) 0 0.5dmcos(ψj)] (18)
40、进一步地，步骤三中，每个滚子被分成ns个切片，则滚子第k个切片长度坐标为：y＝-lr/2+(k-1/2)lr/ns；代入公式(1)-(4)得到第j个滚子的第k个切面与相邻滚子的第k个切面以及轴承外圈直接的接触干涉为：
41、
42、
43、其中，nij＝[sinψj,0,cosψj]t，noj＝-[sinψj,0,cosψj]t，分别表示滚子和滚子之间的法向接触矢量和滚子与外圈之间的法向接触矢量，uf(ψj)是轴承外圈在角度ψj时的柔性变形，hk是滚子轮廓修正函数的对数，lr表示滚子长度。
44、进一步地，步骤四中，将轴承外圈均匀分成nr个切片，则外圈第kn片长度坐标为ykn＝-lr/2+(kn-1/2)lr/nr，代入公式(5)得到轴承外圈第kn片与接触的凸轮环之间的接触干涉表示为：
45、
46、其中，nc＝[sinβn,0,cosβn]t，表示外圈和凸轮环之间的法向接触向量。
47、进一步地，步骤五中，由于滚子轴承外圈受到外部接触力fn和滚子接触力foj的共同作用，得到外圈结构变形：
48、
49、在建立起凸轮滚子轴承载荷作用下的接触干涉，进而推导滚子、销轴和轴承外圈载荷平衡方程；滚子和相邻滚子以及轴承外圈之间的接触力和力矩由每个切片上的作用力累加得到：
50、
51、
52、其中，cs表示滚子和滚道之间的接触刚度，
53、qkn表示轴承外圈第k片与凸轮环之间的接触力：
54、
55、其中，cr表示外圈和凸轮环之间的接触刚度，
56、进一步地，步骤六中，基于滚子每个切片上的载荷分布(qijk,qojk)，qijk,表示第j个滚子第k片和相邻滚子间作用力，qo本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，步骤一中，建立无载荷作用下的第j个滚子表面和轴承外圈表面在全局坐标系中的位置矢量：
3.根据权利要求1所述的一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，内曲线液压马达轴承内圈为销轴结构，载荷作用下，销轴在x和z方向的移动距离为upx和upz，旋转角度为θpx和θpz，轴承外圈在x和z方向的移动距离为urx和urz，旋转角度为θrx和θrz，则销轴表面和轴承外圈的位置矢量变化为：
4.根据权利要求1所述的一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，步骤三中，每个滚子被分成ns个切片，则滚子第k个切片长度坐标为：y＝-lr/2+(k-1/2)lr/ns；代入公式(1)-(4)得到第j个滚子的第k个切面与相邻滚子的第k个切面以及轴承外圈直接的接触干涉为：
5.根据权利要求1所述的一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，步
6.根据权利要求4所述的一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，步骤五中，由于滚子轴承外圈受到外部接触力Fn和滚子接触力Foj的共同作用，得到外圈结构变形：
7.根据权利要求1所述的一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，步骤六中，基于滚子每个切片上的载荷分布(qijk,qojk)，qijk,表示第j个滚子第k片和相邻滚子间作用力，qojk表示第j个滚子第k片和轴承外圈间的作用力，根据赫兹接触理论，滚子每个切面与相邻滚子对应切面以及滚子每个切面与轴承外圈之间的接触压力(pijk,pojk)计算如下：
...【技术特征摘要】
1.一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，步骤一中，建立无载荷作用下的第j个滚子表面和轴承外圈表面在全局坐标系中的位置矢量：
3.根据权利要求1所述的一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，内曲线液压马达轴承内圈为销轴结构，载荷作用下，销轴在x和z方向的移动距离为upx和upz，旋转角度为θpx和θpz，轴承外圈在x和z方向的移动距离为urx和urz，旋转角度为θrx和θrz，则销轴表面和轴承外圈的位置矢量变化为：
4.根据权利要求1所述的一种内曲线液压马达凸轮滚子轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，步骤三中，每个滚子被分成ns个切片，则滚子第k个切片长度坐标为：y＝-lr/2+(k-1/2)lr/ns；代入公式(1)-(4)得到第j个滚子的第k个切面与相邻滚子的第k个切面以及轴承...
【专利技术属性】
技术研发人员：张超，方禹，王海舟，张军辉，徐兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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