曲沟球轴承的设计与试制

发布时间：2017-04-25 19:03

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【摘要】：滚动轴承是机械传动中应用最为广泛的支撑零部件,其基本功能是限制轴在转动过程中的轴向和径向位移,只允许轴进行回转运动。滚动轴承的发明,降低了摩擦系数,保证了回转精度,大幅度提高了机械传动的效率。但是对于一些需要在主轴周向转动的同时,能够进行轴向运动的机构,如玉米脱皮机、棉杆剥皮机、坚果脱壳机等需要挤压和揉搓复合运动时,现有轴承的使用不仅使机构复杂化,有时也难以实现该运动形式。为简化挤压揉搓机械结构,也为了将轴回转运动用更简单的方法变成轴向回转与轴向往复的复合运动,本文将传统球轴承外圈的平面环形圆弧滚道改为三维空间的“S”形曲线环形圆弧滚道,使深沟球轴承变为曲沟球轴承,实现了径向转动挤压和轴向揉搓的复合运动,简化了此类机械结构。但是,曲沟球轴承作为一种新型机械零件,其性能和加工制造方法有待研究,为此本论文开展了以下工作:1.对曲沟球轴承的结构进行了整体设计。根据不同机构的要求,提出三种不同的结构设计方案,并选择出最优设计方案。对曲沟球轴承各部分进行了设计计算,根据不同的运动要求设计不同的曲线沟道,绘制了曲沟球轴承的二维图;用Proe/E软件对轴承进行了三维造型和参数化设计;对设计的曲沟球轴承进行动态仿真,为曲沟球轴承的进一步优化提供理论依据。2.根据Hertz理论对曲沟球轴承的接触应力进行了分析。计算了曲沟球轴承在不同轴向、径向和混合载荷下,轴承内外圈与钢球、保持架与钢球的应力与应变情况,得到轴承应力应变与载荷变化之间的关系,同时给出了轴承内部最大应力应变值,为曲沟球轴承有限元分析、寿命计算等提供理论参考。3.利用ANSYS Workbench有限元分析软件对曲沟球轴承进行了静力分析,得到曲沟球轴承在轴向和径向联合载荷下的应力和应变情况,并与Hertz理论计算值进行了对比,验证了ANSYS分析结果。4.设计了曲沟球轴承专用曲沟加工工装。将垂直曲线转变化成水平模型曲线模板,采用多钢球接触的方法减少曲线制造误差,实现了在普通铣床上利用特定形状铣刀对夹持在三爪卡盘上的外圈进行加工,有效减少了滚道加工的形状和位置误差。本论文首次对曲沟球轴承进行了完整的设计和计算,利用ANSYS软件进行了分析,对分析结果进行了验证,并且设计了外圈曲沟专用加工工装。本文为后续曲沟球轴承的制造和性能检测奠定了基础。
【关键词】：曲沟 球轴承 Hertz理论 有限元分析 工装
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 国内外轴承研究现状分析12-16
• 1.2.1 关于轴承设计参数的研究12
• 1.2.2 关于轴承力学模型的研究12-13
• 1.2.3 有关轴承载荷分布与承载能力的研究13-14
• 1.2.4 轴承使用寿命的相关研究14
• 1.2.5 轴承加工工艺14-16
• 1.3 本研究的主要内容及技术难点16-17
• 1.3.1 主要研究内容16
• 1.3.2 研究难点16-17
• 1.4 技术路线17-18
• 第二章 曲沟球轴承的结构设计18-25
• 2.1 曲沟球轴承的结构及工作原理18-22
• 2.1.1 曲沟球轴承的结构18
• 2.1.2 曲沟球轴承工作原理18-19
• 2.1.3 设计要求19
• 2.1.4 设计方案19-22
• 2.2 曲沟球轴承的设计公式22-24
• 2.2.1 轴承基本尺寸设计22-23
• 2.2.2 轴承设计参数23
• 2.2.3 曲沟球轴承曲沟道曲线设计23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 曲沟球轴承的三维建模及运动仿真25-33
• 3.1 Pro/ENGINEER软件分析25
• 3.2 建立曲沟球轴承的三维几何模型25-26
• 3.2.1 曲沟球轴承各部件三维造型25-26
• 3.2.2 曲沟球轴承的装配体26
• 3.3 曲沟球轴承的参数化建模26-30
• 3.3.1 主要参数的确定27-28
• 3.3.2 曲沟球轴承零件的参数化建模28-29
• 3.3.3 曲沟球轴承组件的参数化29
• 3.3.4 参数化结果29-30
• 3.4 基于Pro/E的曲沟球轴承的运动仿真30-32
• 3.4.1 运动仿真30
• 3.4.2 创建机构30-31
• 3.4.3 添加驱动器31
• 3.4.4 定义机构的运动方式31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第四章 滚动轴承的接触分析33-43
• 4.1 弹性接触的Hertz理论33-35
• 4.1.1 Hertz接触理论的假设33-34
• 4.1.2 接触面的尺寸和接触应力34-35
• 4.2 滚动轴承接触应力与应变计算35
• 4.3 轴承径向载荷的分布35-37
• 4.4 轴承轴向载荷的分布37
• 4.5 联合载荷作用下钢球的载荷分布37-38
• 4.6 曲沟球轴承的实例计算38-40
• 4.7 轴承强度校核40-41
• 4.8 曲沟球轴承的极限轴向承载能力41-42
• 4.9 本章小结42-43
• 第五章 曲沟球轴承接触的有限元分析43-54
• 5.1 有限元分析43-45
• 5.1.1 有限元法43
• 5.1.2 ANSYS Workbench有限元分析软件43-44
• 5.1.3 Pro/E5.0 与ANSYS Workbench14.1 之间的数据转换44-45
• 5.2 曲沟球轴承有限元静力分析45-53
• 5.2.1 导入几何模型45-46
• 5.2.2 创建分析项目46
• 5.2.3 定义材料属性46-47
• 5.2.4 接触设置47-48
• 5.2.5 网格划分48-49
• 5.2.6 施加载荷和约束49-50
• 5.2.7 结果后处理与讨论50-53
• 5.3 本章小结53-54
• 第六章 曲沟球轴承套圈加工专用夹具设计与试制54-59
• 6.1 设计思路54-55
• 6.2 夹具结构55-57
• 6.2.1 定位装置55-56
• 6.2.2 夹紧装置56-57
• 6.2.3 夹具其他部件57
• 6.3 夹具的加工制造57-58
• 6.3.1 底座和转件的加工制造58
• 6.3.2 支撑架的搭建58
• 6.3.3 夹具装配图58
• 6.4 本章小结58-59
• 第七章 结论与展望59-61
• 7.1 结论59
• 7.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 附录65-68
• 致谢68-69
• 作者简介69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘桥方,严枫;我国轴承制造技术的现状及其发展趋势[J];轴承;2005年06期

2 李勇;;基于Pro/E的深沟球轴承参数化设计[J];甘肃科技;2010年13期

3 吉冰旭;苏军伟;王长兴;;球轴承接触角测量原理分析[J];轴承;2010年10期

4 马士W，

本文编号：326866