单排四点接触球式回转支承承载能力分析

摘要

单排四点接触球式回转支承是一种可同时承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩的大型轴承,具有结构紧凑、运动平稳、精度高和承载能力强等特点,广泛应用于工程机械、军事装备、娱乐设施等各种领域,其主要通过内外圈与滚动体之间的点接触来传递载荷和运动,因传递载荷大而接触面积小,使得接触区域的应力集中非常明显。接触问题是研究回转支承的基础,直接影响着回转支承的承载能力和使用寿命。本文从回转支承的接触来分析其承载能力,主要工作如下:　　根据赫兹接触理论,详细计算了内外圈与滚动体之间的接触椭圆长短半轴、接触面积和最大接触应力。同时,建立和求解了回转支承的弹性有限元接触模型和弹塑性有限元接触模型,得到了各个零件的应力应变云图。结合实际工况,分析了滚道失效的原因。通过分析三种接触分析方法所得到的结果,发现回转支承的接触分析并不满足赫兹理论的基本假设,使用赫兹理论分析有较大的误差。在弹塑性有限元接触模型中,考虑了滚道材料性能分层和塑性变形的情况,比传统有限元模型只把滚圈当成一个弹性整体来分析更接近实际。因而,回转支承的接触分析应该使用弹塑性有限元接触模型。　　考虑到不同分析方法得到的计算结果不同,基于赫兹理论计算得到的许用接触应力并不适合评价有限元计算结果。通过滚球压平板的实验得到了分别适用于评价赫兹理论、弹性有限元模型和弹塑性有限元模型计算结果的许用接触应力。　　此外,为提高三维建模的效率和准确性,利用Visual Basic6.0对CATIA开发了单排四点接触球式回转支承快速三维建模软件。同时,为了有限元分析结果更可靠,在HYPERMESH中开发了自动过渡加密六面体网格的技术,让回转支承得以划分为全六面体网格模型,降低模型计算量,同时提高了模型的准确性。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景

1.2 回转支承的研究现状

1.3 研究目的与意义

1.4 本文的主要研究内容

第二章 回转支承承载性能的理论研究

2.1 回转支承概述

2.2 单排四点接触球式回转支承的接触应力与变形

2.3 本章小结

第三章 三维建模软件与有限元前处理软件的二次开发

3.1 CATIA与HYPERMESH

3.2 单排四点接触球式回转支承三维建模二次开发

3.3 六面体网格自动加密过渡

3.4 本章小结

第四章 单排四点接触球式回转支承非线性静态接触分析

4.1 ABAQUS

4.2 模型离散度对接触分析影响的研究

4.3 弹性有限元分析

4.4 塑性有限元模型分析

4.5 赫兹理论与有限元分析结果对比

4.6 本章小结

第五章 滚圈材料许用接触应力测定

5.1 滚圈材料

5.2 许用接触应力测定原理

5.3 许用接触应力测定实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况