(19)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 202211209329.X (22)申请日 2022.09.30 (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 刘俊　徐望荣　麻成标　许正根　 刘华　 (74)专利代理 机构 长沙七源专利代理事务所 (普通合伙) 43214 专利代理师 蔡实艳　周晓艳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06T 7/11(2017.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 111/20(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种盾构机主轴承保持架在受力及寿命方 面的分析方法 (57)摘要 本发明提供了一种盾构机主轴承保持架在 受力及寿命方面的分析方法， 其在受力方面的分 析方法， 包括步骤S1、 建立刚体动力学三维模； 步 骤S2、 设计装配体进行Parasolid格式导出； 步骤 S3、 建立运动副、 接触对、 外载荷和转速的参数； 步骤S4、 运行ADAMS仿真， 并输 出接触力； 步骤S5、 建立保持架A的1/2三维模型； 步骤S6、 在ABAQUS 软件中导入保持架A的1/2三维模型； 步骤S7、 获 得保持架A的应力和应变。 本发明在寿命方面的 分析方法， 还包括步骤S8， 求解各危险区域的寿 命， 并以所有寿命计算值的最小值作为保持架A 的寿命。 本发 明能够同时提高盾构机主轴承保持 架在受力及寿 命方面分析的准确性和效率。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115495955 A 2022.12.20 CN 115495955 A 1.一种盾构机主轴承保持架在受力方面的分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1、 在C ERO软件中按照盾构机主轴承的实际尺寸建立刚体动力学三维模型 所述主轴承包括套圈、 I类保持架、 II类保持架、 III类保持架、 I类滚子、 II类滚子和III 类滚子； 其中， 所述套圈包括内圈、 第一外圈和第二外圈； 选择I类保持架、 II类保持架和III类保持架中的任意一种保持架作为后续步骤分析的 关注对象， 将所选择的任意 一种保持架 记作保持架 A， 并对保持架 A接触区进行区域分割； 步骤S2、 对由套圈、 I类保持架、 II类保持架、 III类保持架、 I类滚子、 II类滚子和III类 滚子构成的装配 体进行Paraso lid格式导出； 步骤S3、 利用P ython二次开发工具向ADAMS软件中导入由步骤S2导出的装配体， 并建立 如下参数： 运动副、 接触对、 外载荷和转速； 其中， 所述运动副包括内圈与地面之间的旋转副、 第 一外圈与地面之间的滑动副、 第二 外圈与地 面之间的固定副以及保持架 A骨架和接触区的固定副； 所述接触对 包括滚子 ‑保持架、 保持架 ‑套圈、 滚子 ‑套圈和保持架 ‑保持架； 所述外载荷包括轴向力、 径向力、 倾覆力矩和转矩； 所述转速施加在内圈与地 面之间的旋转副上； 步骤S4、 将步骤S3中建立的各项参数输入ADAMS软件中， 运行ADAMS仿真， 对步骤S3计算 结果提取保持架 A接触区在外载荷下随时间变化的受力和运动情况， 并输出接触力； 步骤S5、 在CREO软件中建立保持架A的1/2三维模型， 且保持架A的1/2是以保持架A圆弧 切线的法平面 为对称面分开的； 步骤S6、 在ABAQUS软件中导入保持架 A的1/2三维模型， 记作模型A， 并定义材 料属性； 步骤S7、 采用隐式动力学求解有限元模型， 得到模型A的应力和应变， 即保持架A的应力 和应变。 2.根据权利要求1所述的盾构机主轴 承保持架在受力方面的分析方法， 其特征在于， 在 步骤S3中各所述接触对间的作用为碰撞接触， 设置刚度为100000N/mm， 阻尼为50N ·s/mm， 指数为1.5， 穿透深度为1.5mm， 静摩擦临界速度为0.1mm/s， 动 摩擦临界速度为10mm/s， 静摩 擦系数0.08， 动摩擦系数0.0 5， 分配系数0.15 。 3.根据权利要求2所述的盾构机主轴 承保持架在受力方面的分析方法， 其特征在于， 在 步骤S3中， 所述 转速设置为2 r/min。 4.根据权利要求3所述的盾构机主轴 承保持架在受力方面的分析方法， 其特征在于， 在 步骤S6中， 在模型A中将模型A划分为若干六面体网格， 网格对应于步骤S7中有限元模型中 的单元， 结点对应于步骤S7中有限元模型中的单元结点， 由步骤S4输出的载荷经雨流计数 法简化后， 作为模 型A的边界条件， 载荷施加位置由Python二次开发工具进行确定； 同时， 在 所述模型A的对称面施加对称约束。 5.根据权利要求4所述的盾构机主轴承保持架在受力及寿命方面的分析方法， 其特征 在于， 所述网格尺寸 为1mm。 6.根据权利要求5所述的盾构机主轴 承保持架在受力方面的分析方法， 其特征在于， 在 步骤S4中， 所述保持架 A所受外载荷作用位置按以下 方式近似确定： a)I类滚子、 I I类滚子和I II类滚子对所述保持架 A的施加力位置 在兜孔径向侧壁中心， 选取一行结点作为I类滚子、 II类滚子或III类滚子的圆柱面对权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115495955 A 2所述保持架A的施加力位置； 在兜孔轴向侧壁中心线上， 由Python二次开发工具 随机选点， 并扩展区域为关于该点的四连通域， 作为I类滚子、 II类滚子或III类滚子端面对所述保持 架A的施加力位置； b)套圈对所述保持架 A的施加力位置 套圈挡边与保持架A的作用位置为保持架A引导面， 接触形式为线接触。 提取保持架A引 导面上的所有 可能接触线， 通过Python二次开 发工具随机选接触线作为套圈挡边与保持架 A的作用位置， 接触线长度与引导 面尺寸相关； c)相邻保持架 A对所述保持架 A的施加力位置 相邻保持架A对分析保持架A的作用区域为保持架A端面， 实际作用位置为端面上某直 线。 提取保持架A端面上的所有 可能接触线， 通过Python二次开 发工具随机选接触线作为其 余保持架 A与保持架 A的作用位置， 接触面尺寸与保持架 A端面尺寸相关。 7.一种盾构机主轴承保持架在寿命方面的分析方法， 其特征在于， 包括如权利要求1 ‑6 任意一项 所述的盾构 机主轴承保持架在受力方面的分析方法， 且在步骤S7之后还包括步骤 S8； 所述步骤S8是按Seeger近似算法估计模型A的材料的疲劳参数， 根据有限元解， 找到不 同时间下的危险区域,基于Corten ‑Dolan累积损伤 准则， 求解各危险区域的寿命， 并以所有 寿命计算 值的最小值作为保持架 A的寿命。 8.根据权利要求7所述的盾构机主轴 承保持架在寿命方面的分析方法， 其特征在于， 在 步骤S8中， 所述模型A的材 料的抗拉强度为6 00MPa和弹性模量 为215GPa。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115495955 A 3