高速陶瓷圆柱滚子轴承优化设计及其动态特性研究

发布时间：2017-09-05 00:03

  本文关键词：高速陶瓷圆柱滚子轴承优化设计及其动态特性研究

  更多相关文章： 陶瓷 滚子轴承 优化设计 对数型凸度 动态性能

【摘要】：高速精密滚子轴承是航空航天、石油化工等高精机械的关键部位之一，其高的dn值使滚动体产生大的离心力，引起打滑继而造成轴承发热损伤。陶瓷滚子轴承因其高硬度、低密度、抗高温、耐腐蚀、绝缘阻磁等特性，特别适用于高速、高温等特殊工况。 本文以自行设计的型号为N2822Q2/HNHQ1P5YA的混合式陶瓷滚子轴承为例，从轴承参数优化设计、凸度应力分析、动力学仿真以及动态特性试验等方面对陶瓷滚子轴承进行了研究。 首先以轴承额定动载荷为目标函数，滚子个数、直径和长度为设计变量，利用MATLAB对轴承参数进行优化，得到了合适的轴承参数；其次，，基于ANSYS有限元软件，分析了直母线凸度滚子以及3μm、5μm、7μm凸度量的对数型凸度滚子所产生的应力分布，确定了最佳凸度值；之后，利用Recurdyn动力学仿真软件建立陶瓷滚子轴承动力学模型，重点对滚子轴承的保持架打滑率进行了动力学仿真，对比分析了不同转速、不同载荷条件下，陶瓷滚子和钢制滚子对保持架打滑率的影响规律；最后，利用轴承试验机研究了转速、载荷和润滑油温度对陶瓷滚子和钢制滚子的保持架打滑率的影响规律，并与仿真结果进行了对比。 结果表明，在试验轴承的承载范围内，凸度值为5μm的对数母线型圆柱滚子的应力分布最为合理；转速升高、载荷减小、油温降低均会引起保持架打滑率增大；相同工况下，陶瓷滚子轴承的保持架打滑率小于钢制滚子轴承。研究结果对混合陶瓷圆柱滚子轴承的设计研究具有一定参考价值。
【关键词】：陶瓷 滚子轴承 优化设计 对数型凸度 动态性能
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-4
• 符号表4-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题来源及其研究意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外现状及发展趋势10-12
• 1.3 力学分析方法12-15
• 第2章 轴承优化设计15-25
• 2.1 优化问题的基础理论15-17
• 2.1.1 优化问题建立数学模型的三要素15-17
• 2.1.2 优化设计的数学模型17
• 2.2 轴承的优化设计17-23
• 2.2.1 目标函数的确定17
• 2.2.2 主参数的选择17-18
• 2.2.3 约束条件的确定18
• 2.2.4 优化程序框图18-19
• 2.2.5 结构参数设计19-21
• 2.2.6 优化计算21-22
• 2.2.7 参数确定22-23
• 2.3 轴承性能计算23-24
• 2.3.1 径向额定动负荷 Cr23
• 2.3.2 径向额定静负荷 Cor23
• 2.3.3 基本额定寿命23
• 2.3.4 摩擦力矩估算23
• 2.3.5 轴承零件质量计算23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 滚子应力分布及凸度参数优化25-39
• 3.1 赫兹接触问题25-28
• 3.1.1 线接触问题25-26
• 3.1.2 接触应力和接触面尺寸26-27
• 3.1.3 弹性变形27
• 3.1.4 滚动轴承载荷的分布27-28
• 3.2 滚子母线型式28-31
• 3.2.1 直母线型滚子28-29
• 3.2.2 全凸度母线型滚子29
• 3.2.3 圆弧修正线型滚子29-30
• 3.2.4 Lundberg 对数型母线30-31
• 3.3 滚子凸度的有限元分析31-38
• 3.3.1 有限元接触问题的 ANSYS 求解31
• 3.3.2 接触分析的分类31-33
• 3.3.3 有限元分析的一般步骤33
• 3.3.4 有限元分析33-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 动力学仿真39-51
• 4.1 多体动力学仿真技术39-40
• 4.1.1 多体动力学仿真技术39
• 4.1.2 多体动力学仿真分析的特点39
• 4.1.3 多体动力学的运动微分方程的建立方法39-40
• 4.2 Recurdyn 分析仿真轴承的优点40
• 4.3 圆柱滚子轴承动力学模型元件间的相互作用40-46
• 4.3.1 滚子与滚道的相互作用40-42
• 4.3.2 滚子与保持架的相互作用42
• 4.3.3 保持架与引导套圈间的相互作用42-44
• 4.3.4 油-气混合物与轴承元件的相互作用44
• 4.3.5 圆柱滚子轴承动力学微分方程44-46
• 4.4 圆柱滚子轴承动力学模型建立与求解46-48
• 4.4.1 模型建立46-47
• 4.4.2 约束和接触47-48
• 4.5 仿真结果与分析48-50
• 4.5.1 转速和载荷对保持架打滑率的影响48-49
• 4.5.2 陶瓷与钢制滚子对保持架打滑率的影响49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第5章 试验轴承保持架打滑率试验51-61
• 5.1 试验机51-55
• 5.1.1 液压加载系统52
• 5.1.2 设备润滑系统52-53
• 5.1.3 电气控制系统53
• 5.1.4 数据采集系统53-55
• 5.2 试验条件55-56
• 5.3 试验方法56-57
• 5.3.1 陶瓷滚子凸度值的选取56
• 5.3.2 打滑率的检测方法56-57
• 5.4 试验结果与讨论57-59
• 5.4.1 转速和载荷对保持架打滑率的影响57-58
• 5.4.2 保持架打滑率的试验和仿真结果对比58
• 5.4.3 供油温度对保持架打滑率的影响58-59
• 5.5 本章小结59-61
• 第6章 结论与展望61-63
• 6.1 结论61
• 6.2 创新点61
• 6.3 工作展望61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间的研究成果67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李建华 ,李军林 ,郭向东 ,张锡昌;陶瓷球轴承性能分析与试验研究[J];轴承;2001年12期

2 张宝生,陈嘉庆,蒋力培,陈火红;MARC在接触分析中的应用[J];轴承;2003年11期

3 高宇,李玉泉,王海涛;应用MATLAB优化工具箱实现深沟球轴承优化设计[J];轴承;2004年11期

4 严育才;谢剑刚;;双列偏心满装深沟球轴承的优化设计[J];轴承;2006年12期

5 薛继瑞,张伟儒,王重海;混合式陶瓷轴承的研究现状及发展趋势[J];硅酸盐通报;2002年06期

6 周桂欣;国内外陶瓷轴承的发展现状[J];陶瓷研究与职业教育;2003年04期

本文编号：794623