基于柔性支撑的转盘轴承性能及结构参数研究

发布时间：2017-03-16 01:02

  本文关键词：基于柔性支撑的转盘轴承性能及结构参数研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大型转盘轴承与普通标准轴承相比,有两个显著特点——一是工作转速较低,二是支撑刚度相对较低。转盘轴承支撑结构的变形将影响到轴承的接触载荷,进而影响其性能。为此,需要对其进行进一步分析与研究。结合“辽宁省科技创新重大专项(No.201303006)”项目,本文在考虑轴承柔性支撑的条件下,开展大型转盘轴承的力学特性、静态承载能力、轴承结构参数优化、疲劳寿命以及轴承连接螺栓强度的研究。论文的主要研究内容如下：为更准确可靠的获得轴承滚道的接触载荷分布,本文提出了一种考虑轴承套圈及其支撑结构弹性变形的转盘轴承接触载荷分布的理论分析计算方法。将轴承套圈及其支撑结构刚度引入平衡方程,建立了轴承静力学理论分析模型。建立了包含支撑结构的转盘轴承有限元接触分析模型。由于滚球-滚道接触区域需要划分很小的网格,本文采用删除原单元重新划分单元的方法,在保证一定精度的基础上,大大减少了网格数量。基于该有限元模型及建立的理论分析模型,本文以某型号风电偏航轴承为例,分析其接触载荷。经对比,两种模型的接触载荷计算结果基本吻合,初步验证了本文所建理论分析模型的正确性,且理论分析模型的计算效率远高于有限元接触分析模型。简要介绍了转盘轴承的承载能力及其分析方法。基于本文建立的理论分析模型,分析了轴承结构参数对接触载荷分布的影响规律,形成轴承结构参数的约束条件,以轴承静态承载能力为目标函数,建立了轴承参数优化模型并使用遗传算法求解。轴承的结构参数经优化后,静态承载能力优于原结构参数轴承。依据转盘轴承疲劳寿命计算的国际标准,基于刚性支撑理论分析模型及本文的柔性支撑理论分析模型,对轴承的多工况疲劳寿命进行了对比分析。基于本文的理论分析模型分析了轴承的几个关键结构参数对疲劳寿命的影响规律,提出了提高转盘轴承疲劳寿命的有效措施。建立了考虑支撑结构变形及套圈滚道接触力影响的转盘轴承螺栓连接分析的等效简化有限元模型。模型中使用梁单元等效螺栓与被连接件的接触,使用弹簧单元等效滚球与滚道的接触,大大降低了计算成本。使用该有限元模型及传统理论计算公式,分析了转盘轴承螺栓组每个螺栓的总载荷,再对受载最严重的螺栓进行了强度分析。本文提出的分析方法及分析结果对大型转盘轴承的设计具有指导意义。
【关键词】：转盘轴承 力学模型 载荷分布 优化设计 疲劳寿命 螺栓连接
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 大型转盘轴承简介9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 转盘轴承静力分析和疲劳寿命研究概况10-12
• 1.2.2 螺栓连接设计计算研究概况12-13
• 1.3 课题研究意义及内容13-14
• 2 转盘轴承的特点及其分析的基本理论14-23
• 2.1 转盘轴承的特点14-17
• 2.1.1 结构型式14-15
• 2.1.2 连接型式15-16
• 2.1.3 材质和制造16-17
• 2.2 轴承分析的基本理论17-22
• 2.2.1 赫兹接触理论概述17-20
• 2.2.2 Lundberg-Palmgren理论概述20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 柔性支撑球转盘轴承静力学建模23-42
• 3.1 理论分析模型23-29
• 3.1.1 模型假设23
• 3.1.2 接触变形协调23-26
• 3.1.3 平衡方程26-28
• 3.1.4 模型数值求解28-29
• 3.2 有限元模型29-31
• 3.2.1 有限元几何模型29
• 3.2.2 有限元网格划分29-30
• 3.2.3 有限元边界条件30-31
• 3.3 计算结果对比与分析31-41
• 3.3.1 结果对比31-34
• 3.3.2 轴承支撑结构变形分析34-36
• 3.3.3 不同载荷形式下轴承力学特性分析36-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 转盘轴承结构参数设计42-49
• 4.1 转盘轴承承载能力42-44
• 4.1.1 最大接触载荷及最大接触应力42-43
• 4.1.2 轴承的安全系数43-44
• 4.2 轴承设计参数分析44-46
• 4.2.1 初始接触角及游隙对接触载荷的影响44-45
• 4.2.2 滚球直径及滚球个数对接触载荷的影响45-46
• 4.3 轴承结构参数的优化设计46-48
• 4.3.1 设计变量约束条件46-47
• 4.3.2 建立优化模型并求解47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 5 转盘轴承疲劳寿命分析49-56
• 5.1 寿命计算49-52
• 5.2 结构参数对轴承疲劳寿命影响52-55
• 5.3 本章小结55-56
• 6 转盘轴承螺栓连接分析计算56-67
• 6.1 螺栓载荷分析56-64
• 6.1.1 有限元模型56-59
• 6.1.2 传统理论计算59-61
• 6.1.3 螺栓载荷计算结果61-64
• 6.2 螺栓强度理论计算64-66
• 6.3 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-71
• 附录A 各疲劳工况下轴承基本额定寿命L10k71-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 方成刚;高学海;黄筱调;王华;朱飞;;风电转盘轴承的设计与制造[J];轴承;2009年09期

2 王思明;许明恒;史小辉;;两类转盘轴承的力学性能对比分析[J];中国工程机械学报;2010年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 周晴;风力发电机主轴轴承的优化设计及可靠性研究[D];河南科技大学;2011年

2 黄浩然;风电变桨轴承柔性支承研究与设计参数分析[D];华北电力大学;2012年

3 温建民;大型滚动轴承力学性能及其疲劳寿命研究[D];大连理工大学;2013年

  本文关键词：基于柔性支撑的转盘轴承性能及结构参数研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：251171