单点系泊系统转盘轴承力学性能及疲劳寿命研究

摘要

单点系泊系统在海洋工程中起非常关键的作用。而作为单点系泊系统的重要核心部件，转盘轴承的设计和选型便显得的尤为重要。近年来，轴承的应用和计算正变得越来越复杂，在应用和计算过程中，经常需要使用由轴承制造商所开发的高级的计算工具和数值方法。本论文研究课题是国家能源科技重大示范工程——海洋核动力平台示范工程的一个子课题。根据课题的研究方向，本论文的主要工作如下所示:
　　第一，基于前人对转盘轴承的研究，根据赫兹接触理论，利用载荷分布法，计算转盘轴承在万年一遇的工况条件下的最大接触力和最大接触应力等相关接触强度要素，并参照转盘轴承许用应力标准，进行接触强度校核，校核结果显示，在万年一遇的极端工况下，转盘轴承接触强度满足要求。
　　第二，利用ABAQUS有限元分析软件建立简化的单点系泊系统转盘轴承有限元模型，计算相关数据，并与力学模型进行对比，为单点系泊系统的轴承接触强度核算提供参考，并说明有限元模型简化是可行的。
　　第三，建立简化的单点系泊系统接触疲劳有限元模型，计算轴承次表面应力和应变，利用应力-寿命方法和应变-寿命方法对轴承疲劳寿命进行计算，给出轴承次表面应力和应变随深度的变化曲线，分析滚动表面硬度与轴承疲劳寿命之间的关系，并根据以上分析，对沟道表面硬度处理对于滚动轴承疲劳寿命的影响进行讨论。分析结果显示，沟道表面硬化前后轴承疲劳寿命有明显改变，硬化后的接触疲劳寿命是硬化前接触疲劳寿命的数倍。同时，对于42HRC、51HRC以及57HRC这三种不同洛氏硬度值所对应的接触疲劳寿命进行研究。
　　国内对于单点系泊系统转盘轴承相关力学性能和疲劳寿命研究较少，并且对于这类复杂轴承的设计制造能力较弱，因此，本文的计算分析过程对于国内单点系泊系统转盘轴承的设计选型具有参考意义。

目录

声明

摘要

引言

1．1 立题的科学依据及意义

1．2 滚动轴承力学性能及疲劳寿命相关研究综述

1．2．1 国外滚动轴承相关理论研究综述

1．2．2 国内滚动轴承相关理论研究综述

1．3 论文的研究目的和内容

1．3．1 论文的研究目的

1．3．2 论文的主要内容

2 基本理论及单点系泊系统转盘轴承特点

2．1 赫兹接触理论概述

2．1．1 基本假设

2．1．2 接触物体间的几何条件

2．1．3 接触应力和接触变形

2．1．4 接触类型

2．2 转盘轴承的接触强度理论

2．2．1 滚动轴承的载荷分布

2．2．2 滚动轴承的额定静载荷

2．2．3 滚动轴承的当量静载荷

2．3 转盘轴承疲劳寿命理论

2．3．1 滚动轴承寿命的分布函数

2．3．2 次表面应力分布

2．3．3 疲劳寿命的计算方法

3 转盘轴承的静承载能力分析

3．1 单点系泊系统转盘轴承特点

3．1．1 工作环境条件

3．1．2 载荷特点

3．1．3 结构形式

3．1．4 轴承材料

3．2 力学分析

3．2．1 径向力作用下承载能力分析

3．2．2 轴向力作用下承载能力分析

3．2．3 倾覆力矩作用下承载能力分析

3．2．4 联合载荷作用下承载能力分析

3．3 有限元法

3．3．1 ABAQUS有限元接触分析简介

3．3．2 实体模型的建立及网格划分

3．3．3 定义载荷及边界条件

3．4 力学分析及有限元计算结果对比分析

3．4．1 最大接触载荷

3．4．2 最大接触应力

3．4．3 轴承径向游隙对承载能力的影响

4 单点系泊系统转盘轴承疲劳寿命计算

4．1 滚道与滚动体接触的有限元模型

4．2 转盘轴承所承受交变外载荷分析

4．3 转盘轴承内圈、外圈的应力和应变分析

4．3．1 不考虑滚道硬度随深度变化

4．3．2 考虑滚道硬度随深度变化

4．4 转盘轴承的疲劳寿命分析

4．4．1 转盘轴承疲劳寿命计算结果

4．4．2 疲劳寿命计算结果对比分析

5 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢