滚子空心度对三排滚子回转支承承载性能影响研究

摘要

随着国民经济快速发展，挖掘、起重等工程机械日渐大型化。回转支承作为挖掘、起重等工程机械的主要承载部件，对它的承载能力要求也越来越高。目前国内对常用的回转支承研究比较多，研究水平也相对比较成熟，但对三排滚子回转支承研究还有待深入。目前三排滚子回转支承大多采用实心滚子，但实心滚子易造成滚子应力集中现象，导致滚子易损坏，从而造成回转支承整体寿命较低。因此对滚子滚圈解触特性进行研究，对提高回转支承使用寿命具有重要意义。
　　本文结合挖掘机械的具体使用工况，对其使用的三排滚子回转支承滚子-滚圈进行了接触特性分析研究。主要研究工作与成果总结如下：
　　(1)结合挖掘机的结构特点与工作特性，计算分析了回转支承的载荷特点将所受的倾覆力矩载荷转化为轴向当量载荷进行计算，并确定了最大载荷滚子所处的位置。
　　(2)采用Hertz接触理论，对实心滚子-滚圈进行了初步接触应力与变形分析，结合滚子载荷计算了接触区域的接触应力与变形情况。然后采用ANSYS有限元分析软件，对滚子-滚圈接触特性进行了数值模拟。最大接触应力与最大等效应力发生在滚子两端，滚子中间部分的接触应力应力与等效应力分布相对比较均匀，滚子两端有明显的应力集中现象。
　　(3)采用Castiglione定理对空心滚子应力以及变形情况进行了理论分析，得到了空心滚子特殊点的变形以及应力分布规律；然后对某一特定空心度的空心滚子进行了有限元分析，得到了接触应力、等效应力与径向位移沿轴向与径向分布规律。
　　(4)对不同滚子空心度的滚子-滚圈初始接触线上接触应力、等效应力及径向位移变化趋势进行了系列分析。
　　(5)依据曲线拟合相关理论对不同空心度的仿真数据进行了分析，对滚子空心度进行了优化选择。优化后滚子-滚圈的接触应力边缘效应明显减小，沿滚子轴向分布较为均匀，有助于提高回转支承的使用寿命。