缺陷圆柱滚子轴承的有限元分析

摘要

在圆柱滚动轴承的设计、分析过程中，轴承的振动、疲劳破坏、承载能力、预期寿命与噪声等问题都与轴承的应力分布密切相关。因此，通过圆柱滚子轴承的接触分析和轴承缺陷的仿真模拟，掌握其接触面的应力分布特点，为改进设计和加工工艺，提高轴承承载能力及可靠性提供了有效的理论依据。
　　本文利用限元软件 ANSYS，研究了圆弧修形的圆柱滚子轴承接触应力分布、凸度偏移对数母线圆柱滚子接触应力分布、外滚道锥度的圆柱滚子接触应力分布、具有凸度偏移和外滚道锥度误差的圆柱滚子轴承接触应力分布、滚子偏斜对圆柱滚子与内圈接触应力的影响、滚子旋转对圆柱滚子与内圈接触应力的影响。首先，建立了最大承载圆柱滚子的有限元模型，通过计算分析，将有限元分析结果与 Hertz弹性接触理论的解析解进行对比，分析结果表明有限元法的分析结果满足实际工程需要。然后，建立轴承外圈或滚子的缺陷有限元分析模型，计算其接触应力，分析与正常无缺陷轴承接触应力的不同。最后，根据不同的轴承缺陷模型分析结果，研究缺陷的大小对轴承接触应力的影响规律。
　　研究结果表明：(1)在给定载荷下圆弧修形的圆柱滚子轴承其滚子圆弧修形长度应控制在1.3~2.3mm较为合适；(2)对数曲线修形的圆柱滚子轴承其滚子凸度偏移量应控制在0.4mm以下；(3)对数曲线修形的圆柱滚子轴承其外圈锥度应控制在0.004mm以下；(4)对数曲线修形的圆柱滚子轴承其外圈滚道锥度和凸度偏移量应分别同时控制在0.002mm和0.2mm以下；(5)对数曲线修形的圆柱滚子轴承其滚子偏斜角度应控制在0.02度以下；(6)对数曲线修形的圆柱滚子轴承其滚子旋转角度应控制在0.082度以下。
　　本文通过有限元仿真分析，研究结果表明，随着缺陷的变化，其滚子和内外圈接触应力也随之变化，特别是当缺陷增大到一定程度时，滚子和内外圈的接触应力会急剧增大，这将严重影响轴承的使用性能和寿命。

目录

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本课题的研究内容及意义

1.3.1研究内容

1.3.2研究意义

第2章 滚动轴承计算分析理论基础和有限元分析的应用

2.1 Hertz弹性线接触理论

2.1.1线接触问题

2.1.2滚动轴承的载荷分布

2.1.3计算实例

2.2圆柱滚子轴承的有限元建模

2.2.1有限元参数化建模

2.2.2网格划分技术

2.2.3创建接触对

2.3最大承载圆柱滚子与内外圈接触问题的有限元分析

2.3.1有限元模型的建立

2.3.2约束及加载

2.3.3结果及讨论

2.4本章小结

第3章 制造缺陷圆柱滚子轴承的有限元分析

3.1圆弧修形的圆柱滚子有限元分析

3.1.1圆弧修形的圆柱滚子有限元模型的建立

3.1.2不同圆弧修形长度下的圆柱滚子轴承接触应力分析

3.2凸度偏移的对数母线圆柱滚子接触应力分析

3.2.1凸度偏移的对数母线圆柱滚子有限元模型的建立

3.2.2凸度偏移的对数母线圆柱滚子与内圈之间的接触应力分析

3.3外滚道锥度的圆柱滚子轴承接触应力分析

3.3.1外滚道锥度的圆柱滚子轴承有限元模型的建立

3.3.2外滚道锥度对滚子与外圈之间接触应力的影响

3.4具有凸度偏移和外滚道锥度的圆柱滚子轴承有限元分析

3.4.1具有凸度偏移和外滚道锥度的圆柱滚子轴承有限元模型的建立

3.4.2凸度偏移和外滚道锥度对滚子与外圈之间接触应力的影响

3.5本章小结

第4章 装配缺陷圆柱滚子轴承的有限元分析

4.1滚子偏斜对圆柱滚子与内圈接触的影响

4.1.1偏斜对圆柱滚子有限元模型的建立

4.1.2滚子偏斜对圆柱滚子与内圈接触应力的影响

4.2滚子旋转对圆柱滚子与内圈接触的有限元分析

4.2.1旋转圆柱滚子有限元模型的建立

4.2.2圆柱滚子旋转对滚子与内圈之间接触应力的影响

4.3本章小结

第5章 结论与展望

5.1研究结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果