盾构机刀盘驱动大轴承设计研究

摘要

随着我国城市地下轨道建设的快速发展，盾构机作为专门的地下隧道施工设备得到广泛的应用。驱动大轴承是盾构机的关键部件之一，长期依赖进口，因此对大轴承的研究将有助于提升我国盾构机大轴承的设计制造水平，满足国内工程建设的要求。本文以轴承寿命设计为基础，结合优化设计与有限元分析软件对大轴承的设计理论和方法进行研究，具体如下：
　　 论文首先对传统的轴承设计理论与现代设计方法进行分析研究。通过传统设计方法与现代设计方法的比较，得出在轴承设计中运用现代设计方法的必要性。特别是像盾构机大轴承这种用于特定场合的大型轴承，其结构参数一般没有标准可以参考，设计过程中应有效地将传统轴承寿命设计理论与现代优化方法相结合。
　　 针对盾构刀盘驱动系统结构和工作原理，对驱动大轴承的受力情况进行详细的分析。以目前国外盾构机普遍采用的三排滚柱式大轴承作为研究对象，结合盾构机大轴承受力特点和大轴承设计方法建立其结构主参数化优化模型。并以成都地铁作为案例运用MATLAB进行大轴承主参数优化求解。结果表明通过该方法能够有效确立大轴承的滚柱数量和尺寸，对大轴承的国产化有一定的积极作用。
　　 最后运用ANSYS软件对滚柱和滚道接触部位进行了接触应力分析，所得出的结果和传统赫兹理论计算出的结果进行了对比，从而验证了在此处使用ANSYSY软件对大轴承滚柱进行接触应力计算的可行性。在此基础上引入滚柱母线进行修正方法，通过反复的模拟确定最佳凸度值，使得滚柱接触时边缘应力得到有效改善，以达到提高大轴承使用寿命的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.1.1盾构机发展的背景和意义

1.1.2盾构机分类

1.1.3盾构机的组成

1.2盾构大轴承

1.2.1常用盾构大轴承

1.2.2大轴承的使用寿命

1.2.3国内外现状

1.3本文研究目的和内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容和方法

第二章 轴承设计理论与方法

2.1滚动轴承的主要失效形式

2.2寿命设计理论和方法

2.2.1基本额定寿命

2.2.2基本额定动载荷

2.2.3当量动载荷

2.2.4额定寿命计算

2.3静态设计理论与方法

2.3.1额定静负荷C0

2.3.2当量静载荷Cp

2.3.3轴承静态设计公式

2.4现代轴承设计理论与方法

2.4.1优化设计方法

2.4.2运用有限元法进行轴承接触分析

2.4本章小结

第三章 大轴承结构优化设计

3.1盾构机刀盘驱动系统

3.1.1刀盘驱动方式

3.1.2刀盘支承形式

3.1.3盾构机大轴承工况确定

3.1.4盾构推力的计算

3.1.5刀盘驱动大轴承受力分析

3.2盾构大轴承优化模型建立

3.2.1大轴承倾覆力矩的计算

3.2.2目标函数的建立

3.2.3约束条件建立

3.4实例计算

3.4.1工程概况

3.4.2材料选择及力学参数的确定

3.4.3运用MATLAB进行优化计算

3.4.4校核优化结果

3.5本章小结

第四章 圆柱滚子结构有限元分析及优化

4.1轴承接触分析

4.1.1赫兹弹性理论

4.1.2 ANSYS有限元介绍

4.1.3 ANSYS接触分析步骤

4.2大轴承滚柱接触分析

4.2.1模型建立

4.2.2接触单元建立

4.2.3算例与结果分析

4.3滚柱母线修缘

4.3.1滚柱边缘应力集中

4.3.2滚柱修缘方法与凸度计算

4.3.3大轴承主推进滚柱母线修正

4.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果