基于ABAQUS的剖分式滚滑轴承的接触分析

摘要

剖分式滚滑轴承是在整体式滚滑轴承的基础上研发设计的一种新型剖分式轴承，它是将整体式滚滑轴承的内圈和外圈剖开后通过螺栓连接而形成的，兼有整体式滚滑轴承和普通剖分式轴承的特点。在剖分式滚滑轴承中，滑块的承载作用能够有效的提高其受载能力、增加使用寿命并降低磨损，且其剖分结构节省了装卸时间，降低了劳动强度，提高了工作效率，因而对剖分式滚滑轴承的研究尤为重要。 本文以剖分式圆柱滚子轴承及剖分式滚滑轴承为研究对象，并把剖分式圆柱滚子轴承作为比较来了解新型轴承——剖分式滚滑轴承的性能优劣。在对剖分结构做了一些简化的基础上，通过ABAQUS有限元软件对剖分式圆柱滚子轴承和剖分式滚滑轴承进行局部到整体的静力学接触分析以及动力学仿真，来研究两种轴承的接触问题及动态运转过程，并利用Hertz接触理论进行验证，最后得出分析结果。 首先，基于ABAQUS有限元软件对剖分式滚滑轴承进行了局部的静力学仿真，研究了不同径向载荷作用下剖分式滚滑轴承的局部接触问题，得出了随着径向载荷的增加，剖分式滚滑轴承的局部接触应力也随之增加的结论，并通过Hertz接触理论验证了有限元分析结果的正确性。 其次，在局部静力学仿真的基础上利用ABAQUS有限元软件对剖分式圆柱滚子轴承及剖分式滚滑轴承进行了整体的静力学接触分析，对比研究了两种轴承的整体接触应力应变，并针对剖分式滚滑轴承分析了滑块在轴向的应力集中问题，得出剖分式滚滑轴承更能适应重载工况且内外圈滚道更不易疲劳剥落的结论，而剖分式滚滑轴承的滑块由于未考虑修形而出现轻微的应力集中现象。 最后，利用ABAQUS有限元软件模拟了两种剖分式轴承的动态运转过程，对比分析了两种轴承的动态接触应力、运动性能以及振动性能，得出了以下结论：除内圈因一直与滚子滑块接触而造成较大的等效应力外，剖分式滚滑轴承的动态等效应力均小于剖分式圆柱滚子轴承，且由于滑块的承载作用，使滚子的最大应力降低了23%，另外滑块的约束作用还能使滚子拥有更好的稳定性能，并且两种轴承的内圈拥有相同的启动性能，在启动时，剖分式圆柱滚子轴承内圈的振动性能更好，而剖分式滚滑轴承滚子的启动性能更好，但启动完成后，滚子会偶尔出现与滑块碰撞的情况。因此剖分式滚滑轴承拥有更好的承载性能以及稳态运转性能，适用于对旋转精度要求较高的机械设备。

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基于ABAQUS的剖分式滚滑轴承的接触分析

基于ABAQUS的剖分式滚滑轴承的接触分析

摘要

主要符号说明

第一章 绪论

1.1 课题研究的来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 轴承国内外研究现状

1.3.1 滚动轴承的国内外研究现状

1.3.2 滑动轴承的国内外研究现状

1.3.3 滚滑轴承的国内外研究现状

1.4 接触问题的研究现状及发展趋势

1.5 课题研究的主要内容

第二章 剖分式滚滑轴承的特点及接触理论

2.1 剖分式滚滑轴承的特点概述

2.1.1 剖分式滚滑轴承简介

2.1.2 剖分式滚滑轴承的性能特点

2.1.3 剖分式轴承的应用

2.2 剖分式滚滑轴承的弹性接触理论

2.2.1 Hertz弹性接触理论

2.2.2 接触应力与接触区尺寸分析

2.2.3 接触变形分析

2.2.4 接触刚度分析

2.3 轴承载荷与变形的计算

2.3.1 轴承的基本额定动载荷

2.3.2 轴承的当量动载荷

2.3.3 轴承径向载荷与变形的计算

2.4 本章小结

第三章 剖分式滚滑轴承接触分析的有限元方法

3.1 有限元分析基础

3.1.1 有限元法的基本原理

3.1.2 ABAQUS有限元软件简介

3.1.3 ABAQUS/CAE功能模块

3.2 接触问题的有限元分析

3.2.1 接触问题的基本概念

3.2.2 接触问题有限元分析的特点

3.2.3 接触问题的有限单元法原理

3.2.4 接触问题的有限元描述方法

3.2.5 接触问题有限元分析的过程

3.3 接触问题分析的重点

3.3.1 单元类型的选择和质量控制

3.3.2 网格密度问题

3.3.3 稳定接触关系的建立

3.3.4 接触面的相对滑动

3.3.5 接触主从面的定义

3.4 接触算法

3.5 本章小结

第四章 剖分式轴承接触问题的有限元静态分析

4.1 剖分式滚滑轴承的局部接触建模

4.1.1 建立几何模型

4.1.2 定义材料属性

4.1.3 定义接触相互作用

4.1.4 施加边界条件

4.1.5 选择单元类型及划分网格

4.2 剖分式滚滑轴承局部接触的结果及分析

4.2.1 接触应力应变分析

4.2.2 有限元模型验证

4.3 剖分式轴承的整体接触建模

4.3.1 建立几何模型

4.3.2 定义材料属性

4.3.3 定义接触相互作用

4.3.4 施加边界条件

4.3.5 选择单元类型及划分网格

4.4 剖分式轴承整体接触的结果及分析

4.4.1 剖分式轴承整体接触结果分析

4.4.2 内外滚道表面接触应力分析

4.4.3 剖分式滚滑轴承滑块的接触应力分析

4.5 结论

4.6 本章小结

第五章 剖分式轴承的整体有限元动态分析

5.1 显式动力学理论

5.2 剖分式轴承整体接触有限元模型的建立

5.2.1 定义材料属性

5.2.2 建立接触相互作用

5.2.3 施加边界条件

5.2.4 选择单元类型和划分网格

5.3 剖分式轴承动态接触应力分析

5.3.1 整体动态应力分析

5.3.2 外圈动态应力分析

5.3.3 内圈动态应力分析

5.3.4 滚子动态应力分析

5.3.5 滑块动态应力分析

5.4 剖分式轴承各部件的运动性能分析

5.4.1 内圈运动分析

5.4.2 滚子运动分析

5.4.3 滑块运动分析

5.5 剖分式轴承的动力学分析

5.5.1 内圈动力学分析

5.5.2 滚子动力学分析

5.5.3 滑块动力学分析

5.5.4 内圈径向跳动分析

5.6 结论

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢