盾构机用三排滚柱式回转支承有限元分析

摘要

盾构机是盾构施工法中的主要施工机械，必须具有高可靠性，能够稳定可靠地工作。大型盾构机的主轴承多采用三排滚柱式回转支承，工作过程中需承受较大的轴向力和倾覆力矩，同时还要承受一定的径向力，受载情况复杂，容易产生较大的变形，影响盾构机械的施工安全。本文采用理论计算和有限元法分别对该轴承的承载能力、变形及载荷分布状态进行分析研究。
　　 用于盾构主轴承的三排滚柱式回转支承尺寸较大，滚动体数目较多，每列的滚动体数目一般在几十个到上百个之间，其内、外圈与滚动体之间的接触部位较多，接触状态复杂，而接触分析属于高度非线性分析，进行有限元计算分析难度较大。
　　 本文首先分析了该轴承在静载荷作用下三排滚动体的受力状态，应用滚动轴承载荷分布计算方法，对轴承在轴向力、径向力及倾覆力矩作用下的三列滚动体的载荷分布分别进行了计算，得出了每个受载滚子的载荷、最大接触应力及变形的值，并确定出每列最大载荷滚子所在的位置和数值。
　　 为保证较高的计算精度和减小解析规模，在能够反映轴承的主要力学特性条件下，本文利用ANSYS有限元分析软件，先分析了整个轴承在轴向力、径向力及倾覆力矩作用下的应力及变形状态，根据所得结果，分别建立了第一、第二和第三列滚子在最大载荷位置滚动体的有限元模型，并对有限元仿真结果进行分析。有限元分析所得的轴承载荷分布趋势、应力及变形等的计算结果与滚动轴承的理论计算结果基本接近。本文的分析结果为轴承后续的疲劳寿命分析及试验提供帮助。