球轴承柔性多体动力学分析

发布时间：2017-05-05 15:08

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【摘要】：球轴承作为旋转机械中的关键零件,影响着整个机械系统的动态性能。真实分析球轴承零件的相互作用和有关动力学特性,成为目前轴承研究的一个主要内容。本文主要研究目的是应用有限元方法建立球轴承的多体多自由度的柔性多体动力学模型,考虑球轴承各元件之间的动态接触关系,研究球轴承的动力学性能和保持架的稳定性等亟待解决的关键问题。 本文来源于国家自然科学研究基金项目“机械系统中滚动轴承多体接触动力学研究”(编号11002062)和昆明理工大学引进人才基金“大型滚动轴承柔性多体动力学研究”(编号KKSA20091026),运用有限元方法,对球轴承的多体静力接触、保持架振动、多体动力接触等特性进行研究。论文的主要研究工作包括： (1)通过深沟球轴承多体静力接触有限元分析,得到了不同载荷参数条件下球轴承的静力学性能。经Hertz接触理论验证,所提出的网格划分方式、接触参数和接触对建立方法是正确的,可以作为轴承静、动力学模型的建模方式,同时验证了应用有限元法进行球轴承动力学分析的可行性。 (2)对浪形保持架和实体保持架进行自由模态分析,得到了保持架的自由振动特征；对实体保持架进行离心预应力模态分析,分析了保持架在离心力作用下的振动形式及特点。主要结论：浪形保持架的振动损毁主要发生在铆钉连接处,实体保持架发生在侧梁和过梁处；由于离心力的作用,使实体保持架的模态频率升高,高速情况下对保持架疲劳强度的影响更加明显。 (3)综合考虑轴承径向载荷、转速、引导间隙等因素的影响,同时考虑钢球、套圈滚道和保持架的动态接触关系,在ANSYS/LS-DYNA中建立了深沟球轴承和角接触球轴承的柔性多体接触动力学模型,并进行了动力接触仿真分析,研究了球轴承的动力学性能和保持架的动态特性。主要结论：在径向载荷下,钢球表现出奇偶交替支承的变柔性振动响应；保持架的稳定性与轴承所受载荷、引导间隙、速度等因素相关,其中以速度冲击的对保持架稳定性的影响最为严重。 (4)进行了球轴承的动态响应测试,拾取外圈的径向振动加速度信号和振动频率信号,对比仿真计算结果和实验结果,验证了球轴承柔性多体接触有限元模型和仿真结果的准确性。 综上所述,本文分别研究了球轴承的载荷分布、保持架振动、球轴承动态响应等方面的问题。通过探索球轴承的静、动态接触特性,进一步认识了球轴承的基本动力学接触性能,对球轴承的设计制造和使用维护等具有重要的理论意义和工程应用价值。
【关键词】：球轴承 有限元法 ANSYS/LS-DYNA 保持架 动态接触动力学
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 概述10-11
• 1.2 球轴承国内外研究现状11-15
• 1.2.1 球轴承接触力学分析方法11-12
• 1.2.2 球轴承力学分析的有限元方法12-14
• 1.2.3 保持架动力学的研究现状14-15
• 1.3 课题研究意义与来源15-16
• 1.4 课题研究内容16-18
• 第二章 球轴承柔性多体接触静态特性分析18-38
• 2.1 引言18-19
• 2.2 球轴承的Hertz接触理论分析19-23
• 2.2.1 深沟球轴承的几何参数19-20
• 2.2.2 角接触轴承的几何参数20-22
• 2.2.3 球轴承的Hertz点接触理论22-23
• 2.3 球轴承径向载荷分布理论23-27
• 2.3.1 最大载荷计算23-25
• 2.3.2 各钢球承载计算25-26
• 2.3.3 计算实例26-27
• 2.4 球轴承多体接触静态特性的有限元分析27-35
• 2.4.1 网格划分方法和接触控制参数的探索27-31
• 2.4.2 球轴承多体接触计算结果及分析31-35
• 2.5 本章小结35-38
• 第三章 球轴承保持架的振动特性分析38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 保持架振动的基本形式38-39
• 3.3 浪型保持架自由振动特性39-43
• 3.3.1 浪形保持架有限元模型39-40
• 3.3.2 浪形保持架自由振动模态40-42
• 3.3.3 结果分析42-43
• 3.4 实体保持架自由振动特性43-46
• 3.4.1 实体保持架有限元模型43
• 3.4.2 实体保持架自由模态43-46
• 3.4.3 结果分析46
• 3.5 实体保持架预应力模态分析46-48
• 3.5.1 离心应力分布46-47
• 3.5.2 离心预应力模态分析47-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第四章 球轴承柔性多体接触动力学特性分析50-72
• 4.1 引言50
• 4.2 LS-DYNA程序显示动力学基本算法50-52
• 4.2.1 控制方程与现实算法50-51
• 4.2.2 接触算法与接触类型51-52
• 4.3 球轴承的运动学理论分析52-54
• 4.3.1 保持架的旋转速度53
• 4.3.2 钢球的自转速度53-54
• 4.4 深沟球轴承动力学特性分析54-64
• 4.4.1 深沟球轴承多体接触动力学有限元模型54-55
• 4.4.2 轻载条件下的计算结果分析55-60
• 4.4.3 重载条件下球轴承动力学特性分析60-64
• 4.5 角接触球轴承动力学特性分析64-71
• 4.5.1 角接触球轴承多体接触动力学有限元模型64-65
• 4.5.2 计算结果分析65-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第五章 球轴承的动态响应实验72-80
• 5.1 实验目的72
• 5.2 实验设备和实验方法72-74
• 5.2.1 实验设备72-73
• 5.2.2 实验方法73-74
• 5.3 实验结果74-79
• 5.3.1 深沟球轴承6012振动响应测试实验结果74-76
• 5.3.2 角接触球轴承7010C振动响应测试实验结果76-79
• 5.3.3 有限元计算结果和实验测量结果误差分析79
• 5.4 本章小结79-80
• 第六章 结论与展望80-82
• 6.1 本文主要研究工作和结论80-81
• 6.2 今后研究展望81-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-88
• 附录 攻读硕士期间发表学术论文和参与的科研项目88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 汪久根;王庆九;章维明;;滚动轴承动力学的研究[J];轴承;2007年03期

2 李昌;孙志礼;;深沟球轴承动态有限元数字仿真[J];东北大学学报(自然科学版);2008年11期

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本文编号：346567