高速陶瓷球轴承接触理论分析与仿真计算

发布时间：2017-08-25 23:12

  本文关键词：高速陶瓷球轴承接触理论分析与仿真计算

  更多相关文章： 陶瓷球轴承 瞬态动力学 接触应力 节点单元应力 振动特性

【摘要】：陶瓷球轴承因其特殊的性能优势,成为轻载高速轻载旋转设备中重要的零件之一。在高速运动中,我们往往关注该零件运动的稳定性和持久性。稳定性表明球轴承在运动过程中对支撑件的可靠性和动态平衡性,持久性表明在运动过程中,陶瓷球轴承的保持架、滚动体和套圈的多体接触作用对使用寿命的影响。因此研究轴承的多体动态接触对轴承的延寿具有重要的意义。本文以高速小型复合分子泵中使用的混合陶瓷球轴承为研究对象,主要完成了以下三个方面的工作：(1)基于赫兹接触理论,研究了深沟球轴承沟道曲率半径系数对接触力的影响；通过赫兹理论计算与ANSYS Workbench仿真计算的数值对比,得出了陶瓷球轴承在受到载荷时,轴承的应力、应变、变形的分布云图。(2)应用ANSYS Workbench对轴承进行瞬态动力学仿真分析,得出了内外圈、滚动体、保持架接触过程的动态特性以及轴承各个元件节点单元的位移、速度、加速度的变化规律。(3)对陶瓷球轴承进行动态测试,得出了外圈的径向振动加速度信号,并与仿真计算的结果进行对比,结果具有一致性。
【关键词】：陶瓷球轴承 瞬态动力学 接触应力 节点单元应力 振动特性
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题的来源与其研究的意义9-10
• 1.2 深沟球轴承接触力学模型的研究现状10-12
• 1.2.1 滚动轴承静力学模型10-11
• 1.2.2 深沟球轴承的动力学模型11-12
• 1.3 深沟球轴承接触力学模型的仿真分析现状12-14
• 1.3.1 深沟球轴承接触静力学仿真分析现状12-13
• 1.3.2 深沟球轴承接触动力学仿真现状13-14
• 1.4 研究的目标与内容14-15
• 1.4.1 研究的目标14-15
• 1.4.2 研究的内容15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 高速陶瓷球轴承的静力学理论分析及数值模拟分析16-49
• 2.1 接触问题的有限元分析方法16-18
• 2.1.1 有限元接触问题概况16
• 2.1.2 ANSYS目标面和接触面的选择原则16-17
• 2.1.3 ANSYS WORKBENCH接触分析的简介与特点17
• 2.1.4 命令流的介绍与接触问题插入命令流的方法17-18
• 2.2 深沟球轴承接触问题的基础分析18-19
• 2.3 深沟球轴承静态接触载荷分布19-20
• 2.4 内外沟道曲率半径系数对接触应力的影响20-28
• 2.4.1 深沟球轴承的接触应力计算公式20-23
• 2.4.2 沟道曲率半径系数控制方程23-26
• 2.4.3 沟道曲率半径系数与γ共同作用对沟道接触应力的影响26-28
• 2.5 深沟球轴承在一定载荷下接触应力的计算分析28-34
• 2.5.1 赫兹接触理论的几何条件分析29-30
• 2.5.2 赫兹接触理论的应力计算30-33
• 2.5.3 深沟球轴承接触应力与趋近量计算33-34
• 2.6 深沟球轴承接触静力学数值模拟分析34-49
• 2.6.1 三维模型的建立34-37
• 2.6.2 有限元网格的划分选择37-39
• 2.6.3 边界条件的施加及参数的设置39-43
• 2.6.4 定值径向载荷对接触应力与变形的影响分析43-49
• 3 高速陶瓷球轴承的多体动力学理论分析及数值模拟分析49-87
• 3.1 球轴承的运动学理论分析49-51
• 3.1.1 保持架的旋转速度49-50
• 3.1.2 滚动体的自转速度50-51
• 3.2 深沟球轴承动态受力特性分析51-53
• 3.2.1 滚动体的力学特性分析51-52
• 3.2.2 球轴承在动态中的接触状态分析52-53
• 3.3 高速陶瓷球轴承的瞬态动力学边界条件的设置53-59
• 3.3.1 瞬态动力学基本算法53-54
• 3.3.2 workbench瞬态动力学分析流程54-56
• 3.3.3 数值模拟深沟球轴承的边界条件及载荷步设置56-59
• 3.4 高速陶瓷球轴承瞬态动力学数值模拟分析59-87
• 3.4.1 陶瓷球轴承的外圈接触区域接触应力分析59-68
• 3.4.2 陶瓷球轴承内圈的节点的动力学模拟分析68-74
• 3.4.3 滚动体单元节点的动态响应特性74-82
• 3.4.4 陶瓷球轴承的保持架动态特性分析82-87
• 4 高速陶瓷球轴承的动态测试实验87-96
• 4.1 试验的意义和目的87
• 4.2 试验平台的设计与试验的设备的安装和原理87-92
• 4.2.1 实试验平台的设计87-88
• 4.2.2 试验设备的安装原理88-92
• 4.2.3 试验方法92
• 4.3 试验结果92-96
• 4.3.1 高速陶瓷深沟球轴承振动测试的结果数据92-94
• 4.3.2 有限元仿真计算和实验测量的误差分析94-96
• 5 结论与展望96-98
• 5.1 本文研究的主要工作和结论96-97
• 5.2 今后的展望97-98
• 致谢98-99
• 参考文献99-102
• 攻读硕士学位期间发表的学位论文及研究成果102
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目102

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