滚子轴承—转子系统动力学分析

发布时间：2017-03-20 16:01

  本文关键词：滚子轴承—转子系统动力学分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以滚子轴承作为支承的轴承-转子系统是多数旋转机械的核心组成部分,被广泛应用于机械、航空航天、化工、国防等领域。滚子轴承作为支承关键零件,其运转的稳定性很大程度影响整个系统的工作状态。因此,真实地研究滚子轴承单体在运转过程中的内部动力学特征,进而分析和评价整个滚子轴承-转子系统的动态性能是转子动力学研究的重要方面。本文来源于国家自然科学研究基金项目“机械系统中滚动轴承多体接触动力学研究”(编号11002062)和昆明理工大学引进人才基金“大型滚动轴承柔性多体动力学研究”(编号KKSA20091026)。本文主要的研究目的是以滚子轴承、滚子轴承-转子系统为研究对象,利用有限元方法分别建立柔性多体接触模型,研究不同工况下的滚子轴承单体和滚子轴承-转子系统的动力学特性等问题。所做的主要研究内容如下：(1)对单滚子的圆锥滚子轴承和受径向载荷作用下的圆锥滚子轴承进行静力学有限元接触特性分析,得到的弹性变形量、接触应力数值与理论解得到了较好的印证,也验证了有限元模型、接触对相关参数设置的正确性。在此基础上,对不同空心度的圆锥滚子轴承进行接触分析,为这一类轴承优化设计提供了参考。(2)考虑圆锥滚子轴承内部各组件的动态接触关系,建立了其柔性多体接触分析模型,在轻载高速和重载低速两种工况下进行了动力学仿真分析。分析了轴承运转时内部各组件的运动规律与力学性能,并与理论结果对比。结果表明：后者滚动体受力更稳定,但保持架的速度波动大,影响其运动的稳定性。(3)建立了滚子轴承-转子系统柔性多体接触分析模型,并对不同转速和转子不平衡这两种工况进行了动力学仿真分析。与滚子轴承单体动力学动力仿真结果相比,证明了该系统模型的正确性与稳定性,但在不同工况下系统内各部分运动规律与力学性能有所差异,说明了系统对外部工况变化的响应程度。(4)对滚子轴承-转子系统进行了动态响应实验,在与仿真分析相同的工况下,提取轴承支座的4个测点的两个方向加速度信号和三个频段的振动频率,并与有限元结果进行了对比分析,一定程度验证了仿真模型的正确性。综上所述,本文分别研究了单滚子轴承的静力学多体接触特性、滚子轴承载荷分布、滚子轴承动力学响应、滚子轴承-转子系统的系统动力学响应等问题。通过研究滚子轴承静力学、动力学、滚子轴承-转子系统的动态接触特性及动态响应测试,对滚子轴承单体及旋转机械中的轴承-转子系统内部动力学响应特性有了更深层次的认知,本文的研究为轴承-转子系统动力学分析提供了工程价值。
【关键词】：圆锥滚子轴承 滚子轴承 ANSYS/LS-DYNA 滚子轴承-转子系统 动力学响应
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3;TH113
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 滚动轴承国内外研究现状12-14
• 1.2.2 滚动轴承-转子系统动力学研究进展14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-18
• 第二章 滚子轴承静态接触特性分析18-36
• 2.1 引言18
• 2.2 滚子轴承的Hertz理论分析及计算18-24
• 2.2.1 圆锥滚子轴承的结构尺寸及分析18-20
• 2.2.2 滚子轴承的Hertz线接触理论20-21
• 2.2.3 圆锥滚子轴承32216的受力分析与负荷分布计算21-24
• 2.3 基于ANSYS的单滚子-套圈静态接触特性分析24-30
• 2.3.1 有限元理论与ANSYS软件介绍24-25
• 2.3.2 基于ANSYS的单滚子轴承接触特性分析25-27
• 2.3.3 基于ANSYS的空心圆锥滚子轴承接触特性分析27-30
• 2.4 基于ANSYS的滚子轴承的负荷分布与承载能力计算30-34
• 2.4.1 滚子轴承有限元模型的建立30-32
• 2.4.2 径向负荷作用下的32216轴承接触分析32-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 基于ANSYS/LS-DYNA的滚子轴承动力学分析36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 LS-DYNA显式动力学程序简介36-38
• 3.2.1 LS-DYNA的控制方程36-37
• 3.2.2 LS-DYNA的接触算法与接触类型37-38
• 3.2.3 LS-DYNA一般分析流程38
• 3.3 滚子轴承运动学分析38-40
• 3.3.1 保持架的旋转速度计算39
• 3.3.2 滚子的自转速度计算39-40
• 3.4 滚子轴承有限元模型的建立40-42
• 3.5 轻载高速工况下动力学仿真分析42-47
• 3.5.1 圆锥滚子运动学分析42-44
• 3.5.2 滚子轴承应力分析44-46
• 3.5.3 筐形保持架动力学分析46-47
• 3.6 重载工况下动力学仿真47-51
• 3.6.1 滚子轴承运动学分析47-48
• 3.6.2 滚子轴承等效应力分析48-50
• 3.6.3 筐形保持架动力学分析50-51
• 3.7 筐形保持架运动稳定性分析51
• 3.8 本章小结51-54
• 第四章 滚子轴承-转子系统动态响应分析54-74
• 4.1 引言54
• 4.2 滚子轴承-转子系统结构动力学模型54-56
• 4.2.1 滚子轴承-转子系统结构参数54-55
• 4.2.2 滚子轴承-转子系统动力学有限元模型55-56
• 4.2.3 载荷、边界条件的确定56
• 4.3 不同转速下的滚子轴承.转子系统动力学响应特性分析56-64
• 4.3.1 滚子轴承-转子系统运动特性分析56-61
• 4.3.2 滚子轴承-转子系统应力分析61-64
• 4.4 转子不平衡的滚子轴承-转子系统动力学响应特性分析64-73
• 4.4.1 滚子轴承-转子系统运动特性分析65-70
• 4.4.2 滚子轴承-转子系统应力分析70-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第五章 滚子轴承-转子系统动态响应实验74-82
• 5.1 实验目的74
• 5.2 实验设备74-75
• 5.3 实验方法75-76
• 5.4 实验结果对比分析76-81
• 5.4.1 不同转速下的轴承-转子系统动态响应76-78
• 5.4.2 转子不平衡时的轴承-转子系统动态响应78-81
• 5.5 实验与仿真结果对比分析81
• 5.6 本章小结81-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 本文主要研究与结论82-83
• 6.2 今后研究展望83-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-90
• 附录 攻读硕士期间发表论文和参与的科研项目90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 姚廷强;迟毅林;黄亚宇;;角接触球轴承的3D接触动态特性分析[J];机械设计与制造;2007年10期

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本文编号：258018