深沟球轴承的应力分析及强度可靠性研究

发布时间：2018-03-05 06:19

  本文选题：接触分析　切入点：可靠性　出处：《东北大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：动力伺服刀架是车削加工中心的关键部件,直接负责更换刀具和切削工件,其可靠性尤其重要。深沟球轴承作为动力伺服刀架转位和动力模块的重要支撑部件,其可靠性对刀架的可靠性影响很大,并且深沟球轴承是应用最广泛的轴承,所以对它的应力及可靠性的研究意义重大。本文以有限元分析软件ANSYS和科学计算软件MATLAB为平台,分析载荷一定时深沟球轴承外圈最大剪应力随过盈量的变化规律,依据轴承公差及特定工况的负载特征计算深沟球轴承的可靠度和可靠性灵敏度,最后利用零件联合概率密度函数建立系统疲劳可靠性模型,计算滚动轴承支撑系统疲劳可靠度。具体工作内容如下：(1)利用ANSYS有限元分析软件建立接触和过盈配合有限元模型,将计算结果与相应的理论对比,两者结果吻合良好。之后提取分析结果,用MATLAB处理结果数据,得出了当轴承外载荷一定时,最大剪应力随过盈量的变化规律。(2)考虑轴承设计尺寸在制造公差范围内的变动量、载荷的随机性,通过拉丁超立方抽取和有限元分析计算相结合,获得了轴承最大剪应力试验样本数据。利用样本以BP神经网络训练,得到了轴承负载、设计尺寸与最大应力的非线性映射函数。(3)利用均值一次二阶矩法、改进一次二阶矩法和蒙特卡罗方法,对轴承进行了可靠度及可靠性灵敏度分析,对比三种方法计算的结果,分析了轴承可靠度对哪些尺寸较敏感,进而得到了影响轴承可靠性指标参数的重要度排序。(4)利用零件的联合概率密度函数建立能够计算由不同零件组成的系统的共因失效疲劳可靠性模型,与已有的共因失效疲劳可靠性模型相比,更能体现出系统的特性,并且适应范围更广。之后利用该模型计算了轴承支撑系统的疲劳可靠度。本文对深沟球轴承的应力及强度可靠性进行了深入研究,为深沟球轴承的应力分析、可靠性设计和可靠性预测提供了理论基础,进而为轴承尺寸优化、轴承装配设计、可靠性优化设计和可靠性稳健设计奠定基础。
[Abstract]:Power servo tool holder is the key part of turning center, which is directly responsible for replacing cutting tool and cutting workpiece, its reliability is especially important. Deep groove ball bearing is an important supporting part of power servo tool holder and power module. Its reliability has great influence on the reliability of the tool holder, and the deep groove ball bearing is the most widely used bearing, so it is of great significance to study its stress and reliability. In this paper, the finite element analysis software ANSYS and the scientific calculation software MATLAB are taken as the platform. The law of the maximum shear stress of the outer ring of the deep groove ball bearing with interference is analyzed when the load is fixed, and the reliability and reliability sensitivity of the deep groove ball bearing are calculated according to the bearing tolerance and the load characteristics of the specific working condition. Finally, the fatigue reliability model of rolling bearing bracing system is established by using the joint probability density function of parts, and the fatigue reliability of rolling bearing bracing system is calculated. The specific work is as follows: 1) the contact and interference fit finite element models are established by using ANSYS finite element analysis software. The calculated results are in good agreement with the corresponding theories. Then, the analysis results are extracted and processed by MATLAB, and the results are obtained when the external load of the bearing is fixed. Considering the variation of bearing design size in the range of manufacturing tolerance and the randomness of load, the maximum shear stress is combined with Latin hypercube extraction and finite element analysis. The sample data of bearing maximum shear stress test are obtained. The bearing load is obtained by BP neural network training, and the nonlinear mapping function of design size and maximum stress is obtained by means of the mean first order second order moment method. The reliability and reliability sensitivity of bearings are analyzed by improving the first order second moment method and Monte Carlo method. By comparing the results of the three methods, it is analyzed which dimensions are more sensitive to the reliability of bearings. Then the importance ranking of bearing reliability index parameters is obtained. The joint probability density function of the parts is used to establish the common cause failure fatigue reliability model which can be used to calculate the system composed of different parts. Compared with the existing common cause failure fatigue reliability model, it can better reflect the characteristics of the system. Then the fatigue reliability of bearing support system is calculated by using the model. The stress and strength reliability of deep groove ball bearing is studied in this paper, which is the stress analysis of deep groove ball bearing. Reliability design and reliability prediction provide theoretical basis for bearing size optimization, bearing assembly design, reliability optimization design and reliability robust design.
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3

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本文编号：1569086