基于薄板理论的偏航轴承性能分析与结构优化

发布时间：2017-03-21 03:09

  本文关键词：基于薄板理论的偏航轴承性能分析与结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：偏航轴承与普通轴承相比,具有大尺寸、大载荷、小刚度的结构特点,考虑到偏航轴承的结构与工况特点,套圈轴向柔性变形成为力学分析中不可忽略的因素。因此,建立适用于大型偏航轴承的考虑轴向柔性变形的力学分析模型有着重要的意义。本文基于薄板理论,推导了偏航轴承的轴向柔性变形求解公式,建立了考虑轴向柔性变形的力学分析模型；在此基础上,以静载能力与疲劳寿命为目标,对偏航轴承的主要结构参数进行了优化设计。研究成果为偏航轴承的结构优化设计提供了理论参考依据。(1)介绍了偏航轴承的发展背景、国内外研究现状以及结构与工作特点,提出了本文的研究内容；论述了偏航轴承分析所采用的Hertz接触理论、薄板理论和L-P疲劳寿命理论,重点推导了其中的一些重要计算公式。(2)基于薄板理论,提出了一种求解轴承套圈轴向柔性变形的计算方法,依据所求得的轴向柔性变形,建立了偏航轴承的力学分析模型,采用逆Broyden秩1拟Newton法与牛顿-拉夫逊法联合求解了力学模型的解,将该方法的计算结果与有限元仿真结果及刚性理论计算结果进行了对比,计算结果处于有限元仿真与刚性理论之间,与刚性理论相比更加合理。(3)采用经验计算公式、刚性理论、柔性理论分别计算了偏航轴承的静载特性并对结果进行了对比；分析了轴承套圈厚度、螺栓分布圆直径、初始接触角、滚动体个数与直径、吻合度对静载特性的影响；以偏航轴承的静载能力为目标,建立了偏航轴承的优化数学模型,采用遗传算法对轴承的主要结构参数进行了优化设计。(4)论述了DG03标准中的疲劳寿命求解过程；基于L-P理论与柔性力学分析理论,建立了适用于偏航轴承结构参数设计的疲劳寿命分析模型,采用该模型分析了初始接触角、吻合度、滚动体直径与个数对疲劳寿命的影响；建立了以疲劳寿命为目标的结构优化数学模型,对一些参数进行了优化设计。(5)通过引入加权系数的方法,以静载能力和疲劳寿命为目标建立了多目标优化数学模型,并对轴承的一些结构参数进行了优化。
【关键词】：偏航轴承 柔性变形 薄板理论 优化设计 疲劳寿命 载荷分布
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 轴承国内外研究现状11-14
• 1.2.1 轴承的静态承载特性研究11-12
• 1.2.2 轴承的疲劳寿命研究12-13
• 1.2.3 轴承的结构参数优化设计13
• 1.2.4 轴承的有限元仿真13-14
• 1.3 本文研究内容14-15
• 2 偏航轴承的特点及基础理论15-26
• 2.1 偏航轴承的特点15-17
• 2.1.1 偏航轴承的结构特点15-16
• 2.1.2 偏航轴承的工作环境、工况及技术要求16-17
• 2.1.3 偏航轴承的材质与制造17
• 2.2 赫兹接触理论17-21
• 2.2.1 Hertz接触理论概述17
• 2.2.2 Hertz接触理论17-21
• 2.3 薄板理论21-23
• 2.3.1 薄板理论概述21-22
• 2.3.2 极坐标下薄板的基本方程22-23
• 2.4 疲劳寿命理论23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 偏航轴承力学模型的建立及求解26-48
• 3.1 柔性理论模型构建及求解26-29
• 3.1.1 薄板模型的建立26-27
• 3.1.2 薄板模型的边界条件27
• 3.1.3 薄板模型的求解27-29
• 3.2 力学模型的建立与求解29-36
• 3.2.1 弹性接触趋近量及接触角29-31
• 3.2.2 偏航轴承力学模型的建立31-33
• 3.2.3 力学模型的求解33-36
• 3.3 算例及结果分析36-44
• 3.3.1 纯轴向力作用下的承载特性分析36-38
• 3.3.2 纯径向力作用下的承载特性分析38-39
• 3.3.3 纯倾覆力矩作用下的承载特性分析39-41
• 3.3.4 综合载荷作用下的承载特性分析41-44
• 3.4 偏航轴承有限元分析及对比44-46
• 3.4.1 有限元模型建立44
• 3.4.2 有限元边界条件44-45
• 3.4.3 算例及结果对比45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 4 偏航轴承静载特性及结构参数设计48-59
• 4.1 偏航轴承静载特性48-50
• 4.1.1 偏航轴承的最大接触载荷48-49
• 4.1.2 偏航轴承的最大接触应力与安全系数49-50
• 4.2 结构参数对静载能力的影响50-55
• 4.2.1 轴承套圈厚度的影响50-51
• 4.2.2 螺栓分布圆直径的影响51-52
• 4.2.3 初始接触角对静载特性的影响52-53
• 4.2.4 滚动体直径与个数对静载特性的影响53-54
• 4.2.5 吻合度对静载特性的影响54-55
• 4.3 基于静载能力的结构参数优化设计55-58
• 4.3.1 设计变量55
• 4.3.2 目标函数55
• 4.3.3 约束条件55-56
• 4.3.4 优化模型求解56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 偏航轴承疲劳寿命及结构优化设计59-69
• 5.1 轴承疲劳寿命计算标准59-61
• 5.1.1 轴向基本额定动载荷59-60
• 5.1.2 轴向当量动载荷60
• 5.1.3 轴承疲劳寿命60-61
• 5.2 基于L-P理论的寿命计算61
• 5.3 轴承疲劳寿命的结构参数设计61-65
• 5.3.1 初始接触角、滚动体直径与个数对疲劳寿命的影响62-63
• 5.3.2 吻合度对疲劳寿命的影响63-64
• 5.3.3 基于轴承疲劳寿命的结构参数优化64-65
• 5.4 基于疲劳寿命与静载能力的联合优化65-67
• 5.5 本章小结67-69
• 结论69-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 贾丽萍,张建武,崔东印,马军星;纸张大变形非线性有限元分析[J];上海交通大学学报;2001年07期

2 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 陶勇俊;陈默;;煤矿巷道底鼓对“薄板理论”的验证[A];安全高效矿井建设与开采技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2010)[C];2010年

2 龚家元;徐海亭;;薄板理论对粘弹性板适用性的探讨[A];第十三届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2011年

3 马奶连;贺西平;;薄板理论的误差分析[A];第三届上海——西安声学学会学术会议论文集[C];2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王正红;基于薄板理论的煤层顶板运移规律研究[D];贵州大学;2016年

2 范峻凯;基于薄板理论的偏航轴承性能分析与结构优化[D];大连理工大学;2016年

  本文关键词：基于薄板理论的偏航轴承性能分析与结构优化，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：258933