螺栓非均匀预紧和支撑结构拓扑优化对转盘轴承寿命影响的研究
发布时间：2021-11-17 22:19
转盘轴承是旋转类大型机器不可缺少的组成部分,主要的作用是联接两个相对旋转的构件,应用十分广泛。转盘轴承通过高强度螺栓联接上下支撑结构,因此螺栓的联接作用非常重要;针对不同的机器及使用场所,转盘轴承的支撑结构也不尽相同,所以螺栓联接和支撑结构是转盘轴承主要的两大外部因素。本文来源于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）”。本文采用有限元方法研究螺栓非均匀预紧和支撑结构拓扑优化对转盘轴承寿命影响。首先,本文对转盘轴承滚动体和螺栓联接进行了简化,建立了有螺栓联接的转盘轴承实验台有限元模型,研究了转盘轴承实验台螺栓联接对转盘轴承滚动体接触载荷、接触角分布的影响,还分析了均布螺栓预紧力和五种非均布螺栓预紧力对转盘轴承滚动体接触载荷、接触角分布的影响和预紧力与最大接触载荷的关系。其次,本文使用SolidWorks建立模型,使用变密度法,以下支撑座的质量最小为目标函数,并设置优化网格大小和应力约束,在Optistruct中进行拓扑优化,然后根据拓扑优化结果对下支撑座重新设计,并在ANSYS中重新建立转盘轴承实验台的模型进行有限元分析,...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
转盘轴承的结构形式
起转盘轴承的材料强度超过极限使套圈发生断裂，过载断裂原因主要是主机突发故障或安装不当。转盘轴承内外圈的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击或剧烈振动时在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂[7]。通常情况下，转盘轴承断裂失效是由于受到过大的外载荷引起的。图 1.2(d)是指转盘轴承的过量塑性变形失效，其原因是轴承受到过重的负载和过大的冲击负载时，在内外圈沟道表面与滚动体接触的位置产生相对应的塑性变形，会使转盘轴承工作时发生噪声和振动。(a) 接触疲劳失效 (b) 接触摩擦磨损失效
本文使用 ANSYS 有限元分析软件，滚动体与沟道间的接触用刚性杆单元（MPC184 单元）和弹簧单元（COMBIN39 单元）模拟，每个滚动体都由 8 根杆单元和 2 根非线性弹簧单元代替。图 2.1 中 Ci1、Ci2、Ce1和 Ce2为轴承的沟道曲率中心：Ci1表示内圈上沟道的曲率中心，Ci2表示内圈下沟道的曲率中心，Ce1表示外圈上沟道的曲率中心，Ce2表示与外圈下沟道的曲率中心[18]。Ci1与 Ce2、Ce1与Ci2之间用弹簧单元联接，曲率中心与其对应的沟道是通过两根刚性杆联接。根据赫兹接触理论计算滚动体与沟道的位移—载荷关系，确定弹簧单元的位移—载荷关系，并设置非线性弹簧单元的实常数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]安装螺栓对风电变桨轴承套圈结构变形的影响[J]. 姜迪,李云峰. 轴承. 2017(03)
[2]转盘轴承的相似性寿命预测方法研究[J]. 汤燕,王华,庞碧涛,高学海. 轴承. 2017(02)
[3]基于ABAQUS和FATIGUE的风电转盘轴承疲劳寿命计算[J]. 马振革,陆超,洪荣晶,陈捷. 轴承. 2016(01)
[4]螺栓及其预紧力对大型转盘轴承接触载荷分布的影响[J]. 王存珠,陈观慈,李肖杰,温戈. 轴承. 2016(01)
[5]风力发电机变桨轴承的力学性能分析[J]. 朱琳,张钢,倪晓艇,刘飞,裴旷怡,支汉立. 工业控制计算机. 2015(08)
[6]大型变桨轴承载荷分布的有限元分析[J]. 武家欣,马伟,刘义,李济顺. 机械传动. 2014(08)
[7]转盘轴承实验台模型的建立[J]. 许东海,方成刚,杨春. 机械设计与制造. 2014(01)
[8]螺栓预紧力对转盘轴承载荷分布的影响[J]. 王永全,王华,高学海,宗海勇. 轴承. 2013(12)
[9]复杂工况下滚子轴承寿命的修正计算方法[J]. 冷钢,王黎钦,郑德志,叶振环. 轴承. 2012(12)
[10]变桨转盘轴承额定疲劳寿命计算[J]. 袁倩倩,王燕霜. 轴承. 2012(12)
博士论文
[1]连续体结构拓扑优化理论及其在炮塔结构设计中的应用研究[D]. 杜春江.南京理工大学 2008
硕士论文
[1]转盘轴承的实验台研制及力学性能实验研究[D]. 温戈.昆明理工大学 2017
[2]变桨轴承及其螺栓联接结构强度性能分析[D]. 田志亮.大连理工大学 2016
[3]螺栓联接对转盘轴承承载及寿命的影响研究[D]. 王存珠.昆明理工大学 2016
[4]基于柔性支撑的转盘轴承性能及结构参数研究[D]. 张建.大连理工大学 2015
[5]圆柱形舱段支撑架及底座的设计与分析[D]. 李耕.西安电子科技大学 2014
[6]大型滚动轴承力学性能及其疲劳寿命研究[D]. 温建民.大连理工大学 2013
[7]偏航变桨轴承力学特性分析及结构优化设计[D]. 贾平.大连理工大学 2012
[8]风力发电机组转盘轴承疲劳寿命的研究[D]. 王扬.华北电力大学 2012
[9]航空滚动轴承力学特性分析研究[D]. 汪智慧.南京航空航天大学 2010
[10]涡扇发动机主轴承环下供油方法分析研究[D]. 陈军.西北工业大学 2007
本文编号：3501735
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
转盘轴承的结构形式
起转盘轴承的材料强度超过极限使套圈发生断裂，过载断裂原因主要是主机突发故障或安装不当。转盘轴承内外圈的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击或剧烈振动时在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂[7]。通常情况下，转盘轴承断裂失效是由于受到过大的外载荷引起的。图 1.2(d)是指转盘轴承的过量塑性变形失效，其原因是轴承受到过重的负载和过大的冲击负载时，在内外圈沟道表面与滚动体接触的位置产生相对应的塑性变形，会使转盘轴承工作时发生噪声和振动。(a) 接触疲劳失效 (b) 接触摩擦磨损失效
本文使用 ANSYS 有限元分析软件，滚动体与沟道间的接触用刚性杆单元（MPC184 单元）和弹簧单元（COMBIN39 单元）模拟，每个滚动体都由 8 根杆单元和 2 根非线性弹簧单元代替。图 2.1 中 Ci1、Ci2、Ce1和 Ce2为轴承的沟道曲率中心：Ci1表示内圈上沟道的曲率中心，Ci2表示内圈下沟道的曲率中心，Ce1表示外圈上沟道的曲率中心，Ce2表示与外圈下沟道的曲率中心[18]。Ci1与 Ce2、Ce1与Ci2之间用弹簧单元联接，曲率中心与其对应的沟道是通过两根刚性杆联接。根据赫兹接触理论计算滚动体与沟道的位移—载荷关系，确定弹簧单元的位移—载荷关系，并设置非线性弹簧单元的实常数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]安装螺栓对风电变桨轴承套圈结构变形的影响[J]. 姜迪,李云峰. 轴承. 2017(03)
[2]转盘轴承的相似性寿命预测方法研究[J]. 汤燕,王华,庞碧涛,高学海. 轴承. 2017(02)
[3]基于ABAQUS和FATIGUE的风电转盘轴承疲劳寿命计算[J]. 马振革,陆超,洪荣晶,陈捷. 轴承. 2016(01)
[4]螺栓及其预紧力对大型转盘轴承接触载荷分布的影响[J]. 王存珠,陈观慈,李肖杰,温戈. 轴承. 2016(01)
[5]风力发电机变桨轴承的力学性能分析[J]. 朱琳,张钢,倪晓艇,刘飞,裴旷怡,支汉立. 工业控制计算机. 2015(08)
[6]大型变桨轴承载荷分布的有限元分析[J]. 武家欣,马伟,刘义,李济顺. 机械传动. 2014(08)
[7]转盘轴承实验台模型的建立[J]. 许东海,方成刚,杨春. 机械设计与制造. 2014(01)
[8]螺栓预紧力对转盘轴承载荷分布的影响[J]. 王永全,王华,高学海,宗海勇. 轴承. 2013(12)
[9]复杂工况下滚子轴承寿命的修正计算方法[J]. 冷钢,王黎钦,郑德志,叶振环. 轴承. 2012(12)
[10]变桨转盘轴承额定疲劳寿命计算[J]. 袁倩倩,王燕霜. 轴承. 2012(12)
博士论文
[1]连续体结构拓扑优化理论及其在炮塔结构设计中的应用研究[D]. 杜春江.南京理工大学 2008
硕士论文
[1]转盘轴承的实验台研制及力学性能实验研究[D]. 温戈.昆明理工大学 2017
[2]变桨轴承及其螺栓联接结构强度性能分析[D]. 田志亮.大连理工大学 2016
[3]螺栓联接对转盘轴承承载及寿命的影响研究[D]. 王存珠.昆明理工大学 2016
[4]基于柔性支撑的转盘轴承性能及结构参数研究[D]. 张建.大连理工大学 2015
[5]圆柱形舱段支撑架及底座的设计与分析[D]. 李耕.西安电子科技大学 2014
[6]大型滚动轴承力学性能及其疲劳寿命研究[D]. 温建民.大连理工大学 2013
[7]偏航变桨轴承力学特性分析及结构优化设计[D]. 贾平.大连理工大学 2012
[8]风力发电机组转盘轴承疲劳寿命的研究[D]. 王扬.华北电力大学 2012
[9]航空滚动轴承力学特性分析研究[D]. 汪智慧.南京航空航天大学 2010
[10]涡扇发动机主轴承环下供油方法分析研究[D]. 陈军.西北工业大学 2007
本文编号：3501735
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