单排四点接触回转支承的高温特性研究与分析

发布时间：2017-09-05 10:04

  本文关键词：单排四点接触回转支承的高温特性研究与分析

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【摘要】：回转支承又被称为转盘轴承、回转轴承或旋转支承、回旋支承。是近四十年在世界范围内逐渐兴起的新型机械零部件。回转支承是两部分之间需要相对回转又同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩的机械传力基础元件,其基本功能是采用螺栓将其固定在机械设备的上、下支座上进行传力和传动,实现机械设备两部分之间的相对回转。国内的回转支承市场最初主要是工程机械行业,用量最大的是单排四点接触球式回转支承,约占市场总份额的95%以上,而其中滚道直径在Φ500～Φ1500mm之间的占绝大部分,其加工难度小,市场广阔,设备造价低。随着工程机械、风电行业、重型汽车、冶金机械、石油行业、军工等领域的不断发展,回转支承得到了更广泛的应用,同时也被要求具有更多更好的性能,其中之一就是要求具有耐高温特性,即轴承滚道、保持架、密封条和润滑油等能够承受一定的高温,并能保持其性能。针对特定场合的耐高温回转支承产品,除了要承受交变的压力,还要承受交变的温度变化,这将产生疲劳、蠕变及其之间的交互作用。为保证产品的机械性能及寿命,从材料选择、机械加工工艺、热处理工艺,到相应的工装设备和检测仪器都提出了更高的要求。本文针对外齿式单排四点接触回转支承QWA1312.45,首先在分析常温下承载情况的基础上,重点研究回转支承在高温下的承载特性,并对回转支承分别在180℃和300℃的高温环境下进行了热应力分析,发现了该回转支承在300℃高温下工作可能出现的一些问题,并对几种常见材质的回转支承进行了分析,发现有着相同的问题,因此对这些问题提出了一些结构改进的方法；其次通过正交试验分析方法找到在高温工作环境下承载能力最好的一组回转支承结构参数,以减小回转支承滚道上的接触应力；最后对长期在高温环境下工作的回转支承进行了蠕变分析,探究回转支承长时间在高温下工作发生蠕变破坏的可能性,得到其在高温环境下工作时不发生蠕变破坏的安全工作时间。通过上述分析与研究为开发适用于高温工况(如工频炉、铁水钢包、熔炼炉转包等)的新型回转支承进行了理论研究和探索。
【关键词】：回转支承 接触应力 承载能力 高温 蠕变
【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
• ABSTRACT9-19
• 第一章 绪论19-27
• 1.1 选题背景及意义19-21
• 1.2 回转支承的主要类型及结构特点21-23
• 1.2.1 回转支承的主要类型21
• 1.2.2 回转支承的结构特点21-23
• 1.3 回转支承的研究现状23-25
• 1.3.1 国内回转支承的研究现状23-24
• 1.3.2 国外回转支承的研究现状24-25
• 1.4 课题研究内容及意义25-27
• 第二章 单排四点接触回转支承的理论分析与计算27-35
• 2.1 单排四点接触回转支承的结构特点及承载类型27-28
• 2.1.1 单排四点接触回转支承的结构特点27
• 2.1.2 单排四点接触回转支承的承载类型27-28
• 2.2 单排四点接触回转支承的载荷分布形式28-30
• 2.2.1 轴向力F_a单独作用下的载荷分布28-29
• 2.2.2 倾覆力矩M单独作用下的载荷分布29-30
• 2.2.3 轴向力F_a倾覆力矩M共同作用下的载荷分布30
• 2.3 回转支承受载时的接触应力与变形30-34
• 2.3.1 在弹性变形区的关系30-32
• 2.3.2 点接触类型接触应力的理论计算32-34
• 2.3.3 单排四点接触回转支承接触应力的理论计算34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 常温下单排四点接触回转支承的有限元分析35-52
• 3.1 有限元法及常用软件介绍35-36
• 3.1.1 有限元分析方法35
• 3.1.2 常用有限元软件介绍35-36
• 3.2 ABAQUS软件及接触问题介绍36-39
• 3.2.1 ABAQUS软件介绍36-38
• 3.2.2 ABAQUS中的接触问题38-39
• 3.3 单排四点接触回转支承的有限元分析39-48
• 3.3.1 在轴向载荷作用下回转支承的承载特性分析40-44
• 3.3.2 在轴向载荷和倾覆力矩共同作用下回转支承的承载特性分析44-48
• 3.4 其它几种常见材质回转支承的承载特性分析48-51
• 3.4.1 齿圈、滚圈的选材原则及要求49
• 3.4.2 外齿圈、滚圈常用材料49
• 3.4.3 其他材质的回转支承的承载特性分析49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 回转支承在高温下的热应力分析52-82
• 4.1 金属材料在高温下的力学行为特点52-55
• 4.1.1 高温对金属材料强度的影响52-54
• 4.1.2 应变速率对金属强度的影响54-55
• 4.2 表征材料高温力学性能的强度指标55-57
• 4.2.1 条件蠕变极限55
• 4.2.2 持久强度55-56
• 4.2.3 持久塑性56-57
• 4.2.4 应力松弛57
• 4.3 ABAQUS热应力分析57-68
• 4.3.1 ABAQUS可以求解的热学问题57-59
• 4.3.2 热应力分析的主要问题59-60
• 4.3.3 回转支承的热应力分析60-66
• 4.3.4 其它几种常见材质回转支承的热应力分析66-68
• 4.4 回转支承的结构的优化68-81
• 4.4.1 回转支承承载能力的影响因素68-72
• 4.4.2 回转支承结构改进的正交试验分析72-77
• 4.4.3 回转支承结构优化后的承载能力分析77-78
• 4.4.4 不同温度下回转支承结构改进的正交试验分析78-81
• 4.5 本章小结81-82
• 第五章 回转支承在高温下的蠕变分析82-101
• 5.1 金属的蠕变机理82-85
• 5.1.1 金属的蠕变现象82-83
• 5.1.2 蠕变变形机理与蠕变断裂机理83-85
• 5.1.3 蠕变现象产生的原因及危害85
• 5.2 影响材料蠕变的主要因素85-86
• 5.2.1 材料内部因素对蠕变的影响86
• 5.2.2 外部因素对蠕变的影响86
• 5.3 ABAQUS蠕变分析理论86-91
• 5.3.1 ABAQUS蠕变分析模型87
• 5.3.2 ABAQUS蠕变分析流程87-91
• 5.4 回转支承在高温下的蠕变分析91-100
• 5.4.1 回转支承材料蠕变参数的拟合91-93
• 5.4.2 回转支承的高温蠕变分析93-95
• 5.4.3 蠕变分析结果的分析与探究95-100
• 5.5 本章小结100-101
• 第六章 结论与展望101-103
• 6.1 论文总结101
• 6.2 工作展望101-103
• 参考文献103-106
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况106

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本文编号：797320