精密交叉圆柱滚子转盘轴承刚性分析

发布时间：2017-09-07 22:52

  本文关键词：精密交叉圆柱滚子转盘轴承刚性分析

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【摘要】：精密交叉圆柱滚子转盘轴承具有旋转精度高、抵抗变形能力强、承载能力大以及结构设计灵活等一系列优点，被广泛应用于工业机器人的关节部和旋转部、数控回转工作台、精密测试转台、光学望远镜以及大型雷达天线等精密装备中。转盘轴承作为精密回转装备中的核心零部件起到了至关重要的作用，影响轴承回转精度的主要因素有轴承制造精度、轴承刚性。然而，轴承回转精度的提高仅仅依靠提高加工机床的精度是很有限的。因此，需要对轴承刚性的影响机制进行深入的理论分析和实验研究，揭示内在的相关规律，同时提出一些轴承刚性的控制策略，为该类转盘轴承的设计提供理论依据。 首先，本文以某型号的精密交叉圆柱滚子转盘轴承为研究对象，分析了轴承在联合载荷作用下的变形协调条件关系，以经典Hertz接触理论为基础，，建立了转盘轴承的静力学分析模型，使用数值计算方法进行求解。研究了游隙对转盘轴承滚道接触载荷分布及最大接触载荷的影响规律，为滚子的偏载分析以及轴承的刚性分析奠定了理论基础。 其次，针对联合载荷作用下，交叉圆柱滚子转盘轴承滚子与滚道之间接触应力分布的“偏载效应”和“边缘效应”问题，提出了在轴承游隙合理取值的前提下，通过对滚子的修形设计来改善滚子滚道接触状况的有效方法。该方法建立在转盘轴承载荷分布研究的基础上，然后，采用有限长线接触理论研究了轴承游隙对滚子偏载的影响。最后，在轴承合理游隙下，研究了滚子在不同修形方式下滚子与滚道之间的应力分布情况。 然后，基于有限长线接触理论，采用数值分析法，计算了滚子在不同修形方式、不同载荷下与内外套圈弹性趋近量的大小，将计算得到的数据用指数函数进行非线性拟合，确定了修形滚子的“载荷—位移”关系。建立了能够考虑滚子修形影响的转盘轴承静刚度的数学分析模型，利用该模型分析了外载荷、游隙、滚动体修形方式和凸度大小对轴承刚性的影响。 最后，对精密交叉圆柱滚子转盘轴承进行相关的实验验证，测试了转盘轴承的轴向刚度、径向刚度及角刚度，并将试验结果与理论计算结果进行了对比分析，通过实验证明该研究方法的合理性。论文从工程应用的角度出发，基于VC++开发了转盘轴承计算分析软件。完成分析计算模块、计算结果读取模块、软件图形显示模块的设计工作。
【关键词】：交叉滚子 转盘轴承 载荷分布 应力分布 滚子修形 轴承刚性
【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】：TH133.3
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 转盘轴承的静力学分析10-12
• 1.2.2 滚子偏载分析及其修形研究12-13
• 1.2.3 轴承的刚性分析13-14
• 1.3 研究内容14-16
• 第2章 转盘轴承静力学模型建立与求解16-30
• 2.1 HERTZ 线接触理论16-18
• 2.2 转盘轴承静力学模型的建立18-21
• 2.3 静力学模型的求解21-26
• 2.3.1 求解方法21-22
• 2.3.2 求解过程22-26
• 2.4 游隙对轴承载荷分布的影响26-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 滚子的偏载分析及其修形研究30-44
• 3.1 滚子接触应力分析30-33
• 3.2 游隙对未修形滚子接触应力的影响33-34
• 3.3 滚子修形原则与修形方式34-38
• 3.3.1 滚子修形的原则34-35
• 3.3.2 全圆弧修形滚子35-36
• 3.3.3 圆弧修形滚子36
• 3.3.4 理想圆弧修形滚子36-37
• 3.3.5 对数修形滚子37-38
• 3.4 不同修形滚子的应力分布分析38-41
• 3.5 滚子偏载状态下的非对称修形41-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 转盘轴承刚性影响因素分析44-56
• 4.1 线接触经验公式的局限性45
• 4.2 修形滚子“载荷—位移”关系的确定45-48
• 4.3 滚子修形后转盘轴承静刚度的数值计算48
• 4.4 单一载荷作用下的轴承刚性分析48-51
• 4.4.1 轴向力对轴承刚性的影响48-50
• 4.4.2 径向力对轴承刚性的影响50-51
• 4.4.3 倾覆力矩对轴承刚性的影响51
• 4.5 轴承结构参数对轴承刚性的影响51-55
• 4.5.1 游隙对轴承刚性的影响51-53
• 4.5.2 滚子修形对轴承刚性的影响53-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第5章 实验验证与计算软件开发56-68
• 5.1 实验方案56-58
• 5.1.1 实验设备结构原理图56-57
• 5.1.2 实验设备加载、驱动系统构成57
• 5.1.3 刚度测量系统原理57-58
• 5.2 验证性实验项目与实验方法58-62
• 5.2.1 轴承轴向刚度理论与实验结果对比58-59
• 5.2.2 轴承径向刚度理论与实验结果对比59-61
• 5.2.3 轴承角刚度理论与实验结果对比61-62
• 5.3 分析计算软件的开发62-67
• 5.3.1 软件的编译环境和开发平台62
• 5.3.2 软件系统模块设计62-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 6.1 本论文的主要工作及结论68-69
• 6.2 工作展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间的研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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1 单小彪;钢丝滚道球轴承的接触力学特性及其相关技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

本文编号：810365