试验研究
现代制造工程（ModemManufacturingEngineering）
向心关节轴承承载能力分析
牛劲草，牛荣军，邓四二
（河南科技大学机电工程学院，洛阳471003）
2014年第3期
摘要：利用ANSYS软件APDL编写了某型号向心关节轴承静载荷下的应力场分析程序，在有限元模型中用刚性面来替代芯轴和轴承座。通过分析、对比关节轴承在不同载荷下轴承内、外图的应力场分布，得到了关节轴承能承受的极限静载荷：在进一步的分析中，通过采用线性最小二乘法，得到了向心关节轴承径向载荷与轴承内、外图最大接触应力间的
关系公式，为关节轴承的结构强度设计提供了理论依据与参考。关键词：关节轴承；有限元法；接触应力；最小二乘法
中图分类号：V229+.2;TH133.37文献标志码：A文章编号：1671—3133(2014)03—0023—05
Carrying capacity analysis of the spherical plain bearing
Niu Jingcao,Niu Rongjun, Deng Sier
(Mechanical and Electrical Engineering Institute ,Henan University of Science and
Technology ,Luoyang 471003 ,Henan, China )
Abstract : A model of the spherical plain bearings under static load stress field is developer based on APDL of ANSYS software In the finite element model , the spindle and house components of the bearing are instead of a rigid surface . The stress distributions of bearing under different load are carried out , then the ultimate loading capacity of the bearing is detemined . Finally , the rela-tionships of the maximum contact pressure with the bearing load are obtained using the linear least squares method . These fomu-
las provide a theoretical reference for the structural strength selection of the spherical plain bearing -Key words : spherical plain bearing ;finite element method ; contact pressure ;least squares method
0引言
向心关节轴承是一种球面滑动轴承，主要是由一个外球面内圈和一个内球面的外圈组成。它被广泛应用于工程机械、载重汽车、水利设施、军工机械及飞机操纵系统等。对关节轴承进行承载性能分析，应首先计算其内、外圈间的接触应力。但关节轴承的承载不像传统的滚动轴承点接触或线接触，其属于球面接触。因此，不能采用传统的滚动轴承Hertz接触理论对关节轴承进行承载能力分析，必须采用新的分析方法计算其接触应力。由于关节轴承内、外圈间为球面接触，目前还不能够采用某一种解析方法较精确地计算出关节轴承的接触应力分布。一般计算中常采用平均应力方法近似计算，这与轴承实际接触应力分布有较大误差。随者计算机技术和有限元法的发展，国内外逐步采用非线性有限元法开展对关节轴承的结构、温度和摩擦方面的研究。文献「11利用商用
ABAQUS软件计算了关节轴承在额定静载荷下的等效应力、位移分布以及最大接触应力随载荷的变化曲线：文献[21采用ABAQUS软件对自润滑向心关节轴承与芯轴、轴承座间配合关系进行了分析，得到了不同配合关系下内、外圈变形曲线；文献[31利用ANSYS 软件的优化模块对关节轴承的球径尺寸，内、外圈宽度等进行广结构优化设计，在保证轴承正常工作的前提下，改善了轴承磨损性能、减小了轴承的体积；文献[41利用ANSYS软件计算了关节轴承在额定静载荷下，内、外圈相对偏斜对应力场分布的关系曲线，并确定了轴承出现峰值应力时的倾斜角；文献「51利用ANSYS软件计算了大型推力关节轴承在承受轴向、径向或联合载荷下的应力分布以及压力与变形的关系，基于分析结果为提高该类关节轴承的可靠性与安全性提供了理论依据。
ANSYS软件的参数化设计语言（ANSYSParamet-ric Design Language，APDL)用建立智能分析的手段为
*国家科技攻关项目（JPPT-→15-89）；河南科技大学校青年基金项目（2010QN0043）
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