港口起重机回转支承的疲劳研究

摘要

随着经济全球化的飞速发展，港口物流业遇到了前所未有的机遇与挑战。其中，港口日益繁重的作业强度对装卸类起重机械的技术状况也有了越来越高的要求。回转支承作为广泛运用在典型旋转类港口起重机中不可或缺的重要机械构件，频繁发生的各类故障让起重机使用者与设计者都不得不对其加以重视。
　　 疲劳是回转支承发生结构故障的常见原因之一，故港口起重机设计人员在设计阶段就需要对所选的回转支承作必要的疲劳校核，以确保其能满足起重机主机的作业强度。目前，港口起重机回转支承的选型计算过程中对疲劳寿命的预测主要依据只有产品的动态承载曲线。然而，回转支承厂家获取该曲线的试验工况与港口起重机回转支承所要适应的实际工况存在一定的差距，这必然造成疲劳校核计算的结果与实际情况存在差距，同时也缺乏说服性和实用性。所以在回转支承初选时利用科学的计算方法准确预测回转支承的疲劳寿命，不仅对回转支承型号的确定有指导作用，还能给起重机服役期间回转支承的维护保养提供依据。
　　 本文以港口门座起重机中常用的三排滚柱式回转支承为研究对象，充分分析了选型计算中疲劳寿命校核过程中所存在的不足之处。根据回转支承在门座起重机中的实际使用情况，对其进行了详细的受载分析及疲劳载荷谱分析。以赫兹接触理论与疲劳累积损伤理论为基础，有限元分析法为主要计算手段，对回转支承结构中的可能出现的接触疲劳问题展开研究。在ANSYS有限元软件中科学地建立了回转支承的简化计算模型，完成了疲劳分析所需的静力学接触计算，并根据计算的结果得到了回转支承结构中疲劳分析对象的应力变化历程。利用ANSYS软件中的疲劳模块作为后处理器，以静力学接触分析的结果及回转支承结构材料的疲劳寿命曲线为基础，完成了回转支承结构的疲劳分析计算，得到了回转支承在设定载荷谱下的许用循环次数及累计损伤率。
　　 通过分析与计算，全文结合港口起重机的实际工作情况，提出了一种回转支承疲劳分析与寿命预测的方法，为今后回转支承选型计算中的疲劳校核提供了一个新的途径，对回转支承的初选和后期维护都具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 回转支承的发展概况

1．3 接触疲劳问题的相关研究

1．3．1 接触问题的研究

1．3．2 疲劳问题的研究

1．4 课题的研究目的及意义

1．5 本文研究内容

第2章 港口起重机回转支承的选型

2．1 港口起重机回转支承选型概述

2．1．1 结构型式分析

2．1．2 性能对比分析

2．2 回转机构工作原理

2．3 港口门座起重机回转支承选型

2．3．1 回转支承选型过程

2．3．2 回转支承选型实例

2．3．3 回转支承疲劳寿命校核

2．4 回转支承疲劳寿命问题

2．5 本章小结

第3章 港口起重机回转支承疲劳载荷分析

3．1 回转支承疲劳载荷组合

3．1．1 载荷组合介绍

3．1．2 主要载荷计算

3．2 回转支承结构载荷分布

3．2．1 轴向压力载荷分布

3．2．2 径向载荷分布

3．3 回转支承疲劳载荷谱

3．3．1 回转工作循环过程

3．3．2 疲劳载荷谱设定

3．4 本章小结

第4章 港口起重机回转支承接触分析

4．1 赫兹线接触分析理论

4．2 有限元接触分析法

4．2．1 有限元法概述

4．2．2 ANSYS接触分析

4．3 回转支承有限元分析模型

4．3．1 基本模型建立

4．3．2 模型网格划分

4．3．3 创建接触对

4．3．4 边界条件与加载方式

4．4 回转支承计算总载荷

4．5 回转支承接触分析计算

4．5．1 分析点载荷计算

4．5．2 接触分析结果

4．6 本章小结

第5章 港口起重机回转支承疲劳分析

5．1 常见疲劳分析方法

5．1．1 应力比法

5．1．2 应力幅法

5．2 疲劳寿命曲线

5．2．1 材料疲劳曲线

5．2．2 等寿命曲线

5．2．3 42CrMo的S-N曲线

5．3 疲劳累积损伤理论

5．3．1 理论概述

5．3．2 线性疲劳损伤理论

5．4 回转支承有限元疲劳分析

5．4．1 有限元疲劳分析流程

5．4．2 疲劳分析计算

5．4．3 疲劳寿命预测及选型评价

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献