大型板带轧机轧辊—轴承一体化结构优化设计
本文关键词：大型板带轧机轧辊—轴承一体化结构优化设计
【摘要】：随着中国经济硬实力的不断进步,航空航天、汽车、电子等行业的飞速发展,市场对钢铁板带材的质量需求不断提高。为了实现“中国制造2025”,高质量的板带材不可或缺。对于板带轧机来说,轧辊轴承是辊系的核心部件之一,它的力学性能和使用寿命关系着板带材产品质量和企业生产成本。四列圆柱滚子轴承是常用轧辊轴承,在实际轧制过程中由于轧辊的弹性弯曲会使得轴承产生偏载受力,这时内部的滚动体局部应力集中,容易出现疲劳磨损或意外碎裂。为了优化滚动体从而提高其承载能力,需要对其进行分析。本文首先介绍了滚动轴承的基本弹性接触理论,研究了偏载时单列圆柱滚子轴承载荷分布的理论计算。接着本文借助有限元软件对轧机四列圆柱滚子轴承进行了载荷分析。结果表明在轴线方向,轧辊轴承存在明显的偏载效果,四列滚动体载荷分布不均匀。轧辊轴承周向方向位于中心处和两端的滚动体载荷偏小,最大接触位置在轴承中心的两侧处,载荷分布呈类似“M”型。对于滚动体来说,其与内外圈的接触应力受偏载影响而有明显的应力集中情况,这大大降低了滚动体的使用寿命。在工业生产中一般对滚动体母线进行修形来改善滚动体的受力状态。本文分别采用了两端对数曲线修形和复合指数曲线修形两种方法对轧辊轴承的承受最大载荷处的滚动体进行了修形曲线设计。两种方法都能够有效的减少滚动体的局部应力集中问题。两端对数曲线修形应力分布均匀无突变但保留一点偏载效果,复合指数曲线修形整体应力分布均匀但加工难度略高。
【关键词】：轧辊轴承 载荷分布 滚动体 修形曲线
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG333
【目录】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-9
- 第1章 绪论9-16
- 1.1 研究背景、目的及意义9-11
- 1.1.1 研究背景9-11
- 1.1.2 研究目的及意义11
- 1.2 滚动轴承力学模型研究概况11-12
- 1.3 滚动轴承数学分析方法发展概况12-14
- 1.3.1 古典数值分析法12
- 1.3.2 有限元解法12-13
- 1.3.3 边界元法13
- 1.3.4 计算机仿真技术13-14
- 1.4 圆柱滚子轴承结构设计现状14-15
- 1.4.1 结构设计基本方法14-15
- 1.4.2 轴承偏载状态下的滚动体母线设计研究15
- 1.5 本文的主要研究内容15-16
- 第2章 轴承载荷分布理论16-28
- 2.1 滚动体载荷分布理论16-21
- 2.1.1 Hertz弹性接触理论17-18
- 2.1.2 圆柱滚子接触问题18-19
- 2.1.3 偏载时圆柱滚子接触问题19-21
- 2.2 轴承周向载荷分布理论21-27
- 2.2.1 均载时周向载荷分布计算21-25
- 2.2.2 偏载时周向载荷分布计算25-27
- 2.3 本章小结27-28
- 第3章 轧辊轴承的有限元分析28-40
- 3.1 有限元分析简介28-30
- 3.1.1 有限元基本理论28-29
- 3.1.2 simulation后处理有限元软件特点29-30
- 3.2 建立轧辊轴承有限元模型30-33
- 3.2.1 基本模型设定30-31
- 3.2.2 网格划分31-32
- 3.2.3 材料设定32
- 3.2.4 接触设置32
- 3.2.5 边界条件设定与载荷设定32-33
- 3.3 有限元结果分析33-39
- 3.3.1 轴承周向载荷分析33-35
- 3.3.2 轴承轴向载荷分析35-36
- 3.3.3 轧机轴承滚动体载荷分析36-39
- 3.4 本章小结39-40
- 第4章 基于对数曲线的滚动体母线设计40-48
- 4.1 对数母线修形理论41-43
- 4.2 轧辊轴承滚动体对数母线修形计算43-46
- 4.2.1 基本参数设定43
- 4.2.2 对称情形的滚动体修形曲线设计43-44
- 4.2.3 非对称情形的滚动体修形曲线设计44-46
- 4.3 结果分析46-47
- 4.4 本章小结47-48
- 第5章 基于指数曲线的滚动体母线设计48-55
- 5.1 基于指数曲线的滚动体母线优化设计基本方法48
- 5.2 滚动体母线基本方程设定48-50
- 5.3 滚动体母线方程参数确定50-52
- 5.4 结果分析52-54
- 5.5 本章小结54-55
- 结论55-56
- 参考文献56-59
- 致谢59
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