高温回转支承动态性能分析与优化

发布时间：2017-08-06 05:17

  本文关键词：高温回转支承动态性能分析与优化

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【摘要】：单排四点接触球式回转支承主要由内、外圈和滚动体等组成,从结构上看相对简单,但其实际工作状态下的受力和运动情况极其复杂。因此研究回转支承不能只考虑静态载荷下的承载问题,还需要研究其实际工作状态下的受力和运动情况。本文以QWA1312.45型单排四点接触球式回转支承为研究对象,基于SolidWorks和ABAQUS软件建立回转支承有限元模型,并运用ABAQUS/Explicit显式动力学分析模块对其实际运转过程进行仿真与计算分析,研究了轴向载荷、温度和转速共同作用下回转支承转动过程中位移、速度、加速度的变化规律以及接触应力的分布与变化情况。主要研究内容有以下几个方面：1.介绍了回转支承的结构特点及常见分类,并通过单排四点接触球式回转支承为研究对象简单地分析其工作原理。同时根据赫兹接触理论,推导出不同载荷作用下回转支承的应力及变形公式。最后根据以上推导出的公式,对本文研究对象QWA1312.45型四点接触单排球式回转支承进行接触应力计算,为后续的有限元分析提供参考。2.用SolidWorks建立QWA1312.45型单排四点接触球式回转支承1/84实体模型,通过在ABAQUS软件中进行相关前处理设置,分析计算了该回转支承在常温下的接触应力。同时又分别对该回转支承在1500℃、3000C环境下进行有限元分析,结果表明随着工作环境温度的升高,回转支承受到的接触应力大幅地增加,主要是温度升高引起的热应力造成。最后综合考虑了回转支承接触角α、滚道半径R及滚球半径r比值、滚球半径r、淬硬层深度和滚道硬度等因素的影响,利用正交试验分析得出其承载能力最优的参数组合。3.基于SolidWorks和ABAQUS软件建立回转支承有限元模型,并采用ABAQUS/Explicit显式动力学分析模块对回转支承的实际运转过程进行仿真与计算分析,得出其转动过程中位移、速度、加速度的变化规律以及接触应力的分布与变化情况。由分析结果可以看出每次转动最大接触应力都出现在内、外滚圈与滚动体的接触区域,且接触的位置呈椭圆形状。由于回转支承动态仿真的模型没有考虑实际中的润滑作用,加上仿真分析时间较短,在初始速度和载荷冲击下还没有达到完全稳定状态,使得仿真分析中动态响应的幅值波动较大。同时滚动体随着回转支承外圈运转同时作公转与自转运动,交替地与内、外滚圈接触,且接触的频率与外圈转动的速度大小呈正相关关系。这些结果比较符合回转支承的实际运转情况,可以为回转支承的进一步研究提供理论依据。4.通过对本文第三章优化后的回转支承进行了验证分析,发现回转支承滚道的接触应力有明显下降,承载能力有所提高。
【关键词】：回转支承 优化 高温 动态特性 仿真分析
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-21
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 国内外研究现状17-18
• 1.3 研究的目的和意义18-19
• 1.4 本文研究的主要内容19-21
• 第二章 回转支承的接触理论分析和计算21-32
• 2.1 回转支承的工作原理和类型21-24
• 2.1.1 回转支承的工作原理21-22
• 2.1.2 回转支承的类型22-24
• 2.2 赫兹接触理论24
• 2.3 单排四点接触球型回转支承接触应力应变计算24-31
• 2.3.1 接触应力与接触应变的计算24-27
• 2.3.2 外载荷分布的计算27-29
• 2.3.3 接触计算的实例分析29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 回转支承结构热应力有限元分析32-61
• 3.1 有限元法及有限元软件概述32-37
• 3.1.1 有限元法概述32-33
• 3.1.2 ABAQUS概述33-37
• 3.2 ABAQUS软件热应力分析概述37-39
• 3.2.1 热应力分析基本原理37-39
• 3.2.2 热应力分析中的基本步骤39
• 3.3 ABAQUS接触问题分析方法39-42
• 3.3.1 ABAQUS/Standard接触算法40-41
• 3.3.2 接触分析中关键因素的选择41-42
• 3.4 回转支承结构热应力有限元分析42-50
• 3.4.1 有限元分析前处理42-47
• 3.4.2 分析计算和结果分析47-50
• 3.5 考虑热处理工艺条件的回转支承结构优化改进设计50-60
• 3.5.1 回转支承承载能力的影响因素50-55
• 3.5.2 回转支承结构改进的正交试验分析55-59
• 3.5.3 回转支承结构优化后的承载能力分析59-60
• 3.6 本章小结60-61
• 第四章 回转支承加载及回转过程动态特性分析61-77
• 4.1 ABAQUS显式非线性动态分析介绍61-63
• 4.1.1 显式动态问题的产生及形式61-62
• 4.1.2 显式动态问题的主要方法62-63
• 4.2 常温下动态特性分析63-72
• 4.2.1 分析前处理和分析计算63-67
• 4.2.2 结果分析67-72
• 4.3 高温下动态特性分析72-76
• 4.3.1 分析前处理和分析计算72
• 4.3.2 结果分析72-76
• 4.4 对优化后的回转支承进行验证分析76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 总结与展望77-79
• 5.1 论文总结77-78
• 5.2 工作展望78-79
• 参考文献79-81
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况81

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本文编号：628523