机器人用薄壁角接触球轴承接触特性研究

摘要

工业机器人作为先进制造业中不可替代的重要装备，是衡量制造业水平和科技含量的重要指标之一。机器人用薄壁角接触球轴承作为机器人的核心零部件，必须满足机器人对其性能的要求：壁薄、承载能力高、精度高、摩擦力矩低、重量轻等。滚动轴承经典理论都是以刚性套圈假设为前提，计算时不考虑套圈变形，但用于分析柔性套圈支承的薄壁轴承时,误差较大。本文以机器人用薄壁角接触球轴ZR76/82C为研究对象，借助ABAQUS有限元仿真软件在柔性约束下分析了其静、动态接触特性并进行了轴承的静态接触变形试验和动态性能试验，利用RomaxCLOUD云平台对薄壁角接触球轴承进行了计及接触刚度的优化设计，在RomaxDesigner系统建模分析软件中研究了不同的支撑方式对轴承接触特性的影响。该研究的结果可为薄壁轴承的分析计算、结构设计、轴系设计提供参考依据。
　　建立薄壁角接触球轴承 ZR76/82C的静态有限元模型，分析在柔性约束下套圈的变形情况及壁厚对套圈变形的影响，并与刚性约束下的情况进行了对比。在课题组自主研发的轴承静态试验装置上进行了该轴承的静态接触变形试验，完成了该轴承在轴向力下的轴向位移和径向变形的测量，验证了有限元模型的正确性。
　　建立薄壁角接触球轴承的动态有限元模型，利用分布耦合的设置，实现套圈柔性化下的边界条件的施加，完成了轴承在纯轴向载荷及轴径联合载荷下不同工况的速度、位移、加速度、摩擦力矩、等效应力的分析。采用轴承动态性能试验机，测试了轴承在不同工况下的振动、摩擦力矩指标，对失效轴承利用激光共聚焦显微镜进行了失效分析。
　　借助 RomaxCLOUD云平台对薄壁角接触球轴承进行计及接触刚度的优化设计，提出了薄壁角接触球轴承的多目标优化方法，建立了以接触刚度、接触区最小油膜厚度、寿命最大为目标的优化数学模型。并对优化后的轴承进行了接触刚度仿真分析，将RomaxCLOUD的计算结果与有限元解进行了对比。
　　在 RomaxDesigner系统建模分析软件中分别建立刚性套圈和柔性套圈轴承组件模型，对比分析了刚性模型和柔性模型在内外圈接触位移、接触变形、负荷分布的区别。建立了实心轴支撑和不同轴孔内径的空心轴支撑下的柔性套圈轴承模型，得到了支撑方式对接触位移、接触变形、负荷分布等轴承接触特性的影响规律。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外机器人用薄壁轴承相关研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 薄壁角接触球轴承静态接触特性分析及试验研究

2.1 薄壁角接触球轴承静态接触特性仿真分析

2.2 薄壁角接触球轴承静态试验研究

2.3 本章小结

第3章 薄壁角接触球轴承动态接触特性分析及试验研究

3.1 薄壁角接触球轴承动态接触特性仿真分析

3.2 薄壁角接触球轴承动态试验研究

3.3 本章小结

第4章 计及接触刚度的薄壁角接触球轴承多目标优化设计

4.1 薄壁角接触球轴承优化设计

4.2 薄壁角接触球轴承接触刚度分析

4.3 RomaxCLOUD计算结果与ABAQUS计算结果对比分析

4.4 本章小结

第5章 不同支撑方式下薄壁角接触球轴承接触特性研究

5.1 刚性套圈与柔性化套圈对轴承接触特性的影响

5.2 不同的支撑方式对轴承接触特性的影响

5.3 本章小结

第6章 结论及展望

6.1 结论

6.2 下一步工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果