冲压外圈滚针轴承设计和仿真技术研究

摘要

滚针轴承的承载性能对轴承的接触疲劳以及磨损都有及其重要的影响，并在很大程度上，决定了轴承的使用寿命，同时也是轴承设计的重要研究对象。本论文采用切片法和有限元分析法对滚针轴承的径向受载情况进行研究，对比计算轴承的载荷分布和接触压力。通过应用切片法考虑滚子凸型影响，基于滚动轴承设计方法和 Hertz接触理论，建立滚针轴承力学模型，并推导出轴承的载荷分布和接触压力关于几何参数的表达式，用 MATLAB编写求解轴承载荷分布和接触压力的程序并进行数值计算。本文采用有限元分析软件 ANSYS对模型进行有限元分析，根据径向受载滚针轴承的几何特征建立其有限元模型，通过分析滚针在不同直径、长度情况下的最大接触应力和弹性趋近量变化，发现直径变化对滚针轴承的接触应力和弹性趋近量的影响规律，为滚针轴承的结构参数设计提供参考依据。
　　外圈冲压滚针轴承的薄壁外圈采用优质钢板经精密冲压而成，成形质量稳定，并制造经济。但其成形工序多、材料弹塑性变形大，极易出现外圈挤压破裂和壁厚不均匀问题。本文采用有限元方法，针对某一型号滚针轴承的外圈冲压成形工序过程，进行数值模拟并研究其各个工序的成形规律，分析模具冲压速度和圆弧过渡圆角大小对反作用力和特征点应力变化的影响，为优化工艺参数选择提供依据。最后对毛坯落料和反拉伸阶段的成形件进行切样试验，并与仿真结果进行比对，两者具有很好的一致性，表明用本文建立的仿真分析方法来预测滚针轴承薄壁外圈多工序冲压质量的有效性，可为滚针轴承冲压工艺规范制定提供参考依据。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状及进展

1.3 研究内容和方法

第2章 冲压外圈滚针轴承设计分析理论

2.1 滚针凸度设计

2.2 切片法

2.3 滚针轴承载荷分布

2.4 滚针轴承接触压力

2.5 滚针轴承疲劳寿命

2.6 滚针轴承计算程序框图

2.7 本章小结

第3章 冲压外圈滚针轴承力学性能分析

3.1 游隙对轴承性能的影响

3.2 凸度量对轴承性能的影响

3.3 不同工况下的轴承寿命

3.4 本章小结

第4章 冲压外圈滚针轴承有限元分析

4.1 有限元接触分析理论

4.2 基于简化方法的滚针轴承应力场分析

4.3 本章小结

第5章 薄壁外圈冲压成形工艺和实验验证

5.1 冲压成形工艺简介

5.2 外圈冲压工艺和仿真技术

5.3 有限元模型及前处理设置

5.4 数值模拟结果及分析

5.5 冲压工艺试验分析

5.6 本章小结

第6章 结论

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果