转盘轴承力学性能分析及其结构优化设计

发布时间：2020-06-01 17:12

【摘要】：四点接触球轴承是转盘轴承的一种,其尺寸大,刚性低,轴承套圈刚性对其内部接触载荷分布影响较大,继而影响其力学性能与疲劳寿命。目前四点接触球轴承的力学模型,普遍假设套圈为刚性体,忽略其结构刚度对系统力学性能的影响,计算的精确性不足。本文在考虑柔性套圈弹性变形的前提下,建立轴承力学模型,对双排四点接触球轴承接触载荷分布、接触角分布、最大接触载荷、最大接触角、最大接触应力、螺栓载荷分布、疲劳寿命进行了分析。课题源自国家自然科学基金资助项目“螺栓联接和支撑结构对大型转盘轴承寿命影响的基础研究(批准号:51465025)”。主要研究内容为:首先,采用数学建模的方法,引入双排四点接触球轴承套圈刚度矩阵,以此考虑结构刚度对转盘轴承内部接触载荷分布的影响。在建模过程中,考虑轴承内外圈沟曲率系数,滚珠直径,原始接触角,滚珠节圆直径,滚珠数目,游隙系数,沟道排距等结构参数。根据轴承的结构特征和受力情况,建立了四点接触球轴承的非线性位移和力学平衡方程,采用牛顿拉普逊方法迭代求解。其次,以风力发电机组偏航变浆轴承为算例,利用ANSYS软件进行有限元建模,提取刚度矩阵,分析了双排四点接触球轴承接触载荷和接触角分布,与力学模型进行对比,发现柔性套圈模型与有限元模型两沟道滚珠接触载荷分布、接触角分布趋势基本一致,证明柔性套圈模型的计算结果比有限元模型更快速,比刚性套圈模型更准确。对转盘轴承承载能力进行了分析计算,在柔性力学模型的前提下,分析结构参数对转盘轴承承载能力的影响。完成转盘轴承螺栓联接分析计算。然后,在柔性力学模型的基础上,根据Lundberg-Palmgren理论和国际标准中转盘轴承疲劳寿命的计算方法,分别对双排四点接触球轴承的刚性套圈力学模型和柔性套圈力学模型进行多种工况的疲劳寿命分析,讨论结构参数对转盘轴承疲劳寿命的影响,并提出相应的改进措施。在前述转盘轴承力学性能分析的基础上,编制了轴承力学分析软件的GUI界面。最后,根据前述转盘轴承的力学建模和承载能力计算,分析了双排四点接触球轴承结构参数的约束条件,以轴承最大接触应力为目标函数,建立了轴承结构参数的优化模型,采用遗传算法求解,优化后轴承的性能得到了极大的改善。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.3

【参考文献】