滚柱式回转支承接触应力分析研究

摘要

三排滚柱式回转支承轴承具有承载能力大、结构紧凑等特点，广泛应用于各类工程机械如起重运输机械、隧道施工机械等大型装备中。由于受相连接结构性能的影响，回转支承受载情况下的载荷分布，尤其是单个滚子的应力分布，一直都是滚动轴承设计所关注的重点，也是这种轴承寿命和可靠性研究的核心。单个滚动体的接触应力已有很多研究，但是在回转支承中，由于轴向载荷和倾覆力矩的共同作用，因此受载情况以及应力状态更为复杂，有必要就接触状态分析方法开展进一步的研究。
　　本文基于影响系数法原理，提出一种可以计算回转支承载荷分布和滚动体应力分布并能够体现滚动体边缘效应的数值解法。为了验证这种算法求解滚动体应力分布的准确性进行了相应的数字光弹实验，用有限元法验证其求解载荷分布的准确性。
　　论文首先介绍并比较不同计算回转支承载荷分布方法各自的优缺点，指出各种方法的适用范围。详细介绍基于影响系数法的回转支承载荷分布的数值解法。为了在保证方法适用性的同时兼顾计算效率，研究对象简化为具有8个滚动体的回转支承。然后依据Hertz理论确定滚动体与滚道的接触半宽，并适当放大，将接触区域划分为矩形网格。依据变形协调原理和节点的几何关系构建矩阵方程并求解,得到接触区域的应力和变形。
　　依据单个滚动体受力和光弹实验条件设计并完成光弹实验，应用数字光弹性软件获得模型内部的应力分布。建立单个滚动体与滚道接触的有限元模型并求解，将求解得到的滚动体内部应力分布。并结合两种计算结果对于数值解法得到的滚动体接触应力分布进行验证。另外，建立上述简化回转支承模型的受载有限元模型并求解，对于数值解法的载荷分布结果正确性进行验证。使得基于影响系数法的数值方法在对于滚动轴承的计算分析中可以对后续研究提出帮助。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的内容

1.4 本章小结

2 回转支承载荷分布分析方法

2.1 积分系数法

2.2 影响系数法

2.3 有限元法

2.4 本章小结

3 滚道接触的数值解法

3.1 模型简介

3.2 求解步骤

3.3 矩阵方程及求解

3.4 单个滚子接触应力

3.5 本章小结

4 滚动体模型光弹实验

4.1 光弹实验简介

4.2 数字光弹法

4.3 实验过程

4.4 图像处理与应力分析

4.5 本章小结

5 回转支承的有限元分析方法

5.1 滚动体限元仿真与验证

5.2 回转支承载荷分布有限元求解

5.3 结果与分析

5.4 承载能力比较

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

附录A 光弹实验结果曲线及数据汇总图

附录B 回转支承接触应力计算

致谢