(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111490329.7 (22)申请日 2021.12.08 (71)申请人 中国铁建重 工集团股份有限公司 地址 410100 湖南省长 沙市长沙经济技 术 开发区东七 线88号 (72)发明人 刘飞香　彭正阳　陈浩林　廖金军　 许正根　麻成标　吴鹏　李正祥　 王永胜　 (74)专利代理 机构 长沙七源专利代理事务所 (普通合伙) 43214 代理人 刘伊旸　周晓艳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的 转盘轴承建模分析方法 (57)摘要 本申请公开了一种基于滚动体实体与非线 性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法， 包括以下 步骤： 步骤S1： 获取转盘轴承所受载荷， 确定受载 最大的滚动体所在位置； 步骤S2： 建立转盘轴承 整体有限元模型， 其中， 受载最大位置处的滚动 体采用实体模 型， 其余滚动体采用非线性弹簧等 效； 步骤S3： 对建立好的转盘轴承有限元模型施 加外部载荷， 开展仿真计算； 步骤S4： 获取有限元 计算结果， 分析转盘轴承整体载荷分布 状态及局 部应力分布状态。 本申请通过对受载最大处的滚 动体采用实体模型以及对其余滚动体采用非线 性弹簧等效的方式， 实现一次仿真计算就可准确 而高效地获取转盘轴承整体载荷分布状态及局 部应力分布状态。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114139425 A 2022.03.04 CN 114139425 A 1.一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴 承建模分析方法， 所述转盘轴 承中 设置若干滚动体， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： 步骤S1： 获取转盘轴承所受载荷， 确定受载最大的滚动体所在位置； 步骤S2： 建立转盘轴承整体有限元模型， 其中， 受载最大位置处的滚动体采用实体模 型， 其余滚动体采用非线性弹簧 等效； 步骤S3： 对建立 好的转盘轴承有限元模型施加外 部载荷， 开展仿真计算； 步骤S4： 获取有限元计算结果， 分析转盘轴承整体载荷分布状态及局部应力分布状态。 2.根据权利要求1所述的基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方 法， 其特征在于， 在所述步骤S2)之前， 需通过有限元分析或实验方法获取非线性弹簧的非 线性刚度系数曲线， 并确定用于等效单个滚动体的非线性弹簧数量。 3.根据权利要求2所述的基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方 法， 其特征在于， 非线性弹簧的非线性刚度系数曲线及数量的获取 过程为： 建立滚子/滚道有限元接触模型以及空间直角坐标系， 对滚子/滚道有限元接触模型进 行网格划分； 根据实际工况分别对 滚道及滚子在x轴 、 y轴和z轴方向的自由度进行约束或释放； 对滚道施加载荷， 模拟分析滚子在不同载荷下的变形量， 获取用于等效滚子的非线性 弹簧的非线性刚度系数曲线； 根据转盘轴承的尺寸及受载 特性， 确定滚子等效为 N根等距分布的非线性弹簧。 4.根据权利要求3所述的基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方 法， 其特征在于， 所述网格划分的单 元类型为C 3D8I单元。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114139425 A 2一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承 建模分析 方法 技术领域 [0001]本发明涉及轴承技术领域， 具体地， 涉及一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合 的转盘轴承建模分析 方法。 背景技术 [0002]转盘轴承是一种能够同时承受轴向力、 径向力和倾覆力矩的大型回转支承， 具备 支承、 旋转、 传动等功能， 其结构紧凑、 性能优越， 被广泛用于掘进机、 船舶等工程机械结构 中。 由于转盘轴承的工作环境恶劣， 运行工况复杂， 需要确保其服役过程的安全稳定。 因此， 在设计阶段对转盘轴承进行全面的载荷 及应力状态分析至关重要。 [0003]基于有限元的数值分析法是目前针对复杂结构计算的主要方法， 但考虑到转盘轴 承的尺寸较大， 滚动体数量多， 滚动体/滚道接触复杂， 若直接 建立实体模型进 行计算， 则网 格化过程非常复杂且 涉及到的网格数量多， 进而导致后续计算工作量极大， 收敛速度缓慢， 甚至发生 不收敛现象， 既浪费计算资源又不能保证 计算结果的准确性。 [0004]基于此， 一些学者尝试引入非线性桁架、 非线性弹簧等， 将所有滚动体等效为上述 结构， 可省 去对滚动体网格划分的过程， 减少了模 型网格数量， 在保证计算结果精度的前提 下简化了计算过程， 取得了一定效果。 然而， 目前所用的滚动体等效计算方法都是用于 分析 转盘轴承的整体载荷分布状况， 如需对受载后滚动体及 滚道的局部应力分布状态进行深入 分析， 则需重新建立局部滚道/滚动体接触模型， 而 所构建局部模型的载荷加载方式、 滚道/ 滚动体接触方式已被简化处理过， 因此计算结果不足以反应整体模型中滚道/滚动体的接 触状态， 导致针对局部应力的分析 结果存在一定偏差 。 [0005]因此， 本领域亟需一种新的可解决上述偏差问题的转盘轴承建模分析 方法。 发明内容 [0006]本申请的目的在于提供一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模 分析方法， 实现对转盘轴承整体载荷以及局部最大承载处的应力分布状态的准确高效获 取。 本申请的技 术方案如下： [0007]一种基于滚动体实体与非线性弹簧耦合的转盘轴承建模分析方法， 所述转盘轴承 中设置若干滚动体， 所述方法包括以下步骤： [0008]步骤S1： 获取转盘轴承所受载荷， 确定受载最大的滚动体所在位置； [0009]步骤S2： 建立转盘轴承整体有限元模型， 其中， 受载最大位置处的滚动体采用实体 模型， 其余滚动体采用非线性弹簧 等效； [0010]步骤S3： 对建立 好的转盘轴承有限元模型施加外 部载荷， 开展仿真计算； [0011]步骤S4： 获取有限元计算结果， 分析转盘轴承整体载荷分布状态及局部应力分布 状态。 [0012]在一些具体的实施例中， 在所述步骤S2)之前， 需通过有限元分析或实验方法获取说　明　书 1/4 页 3 CN 114139425 A 3