精密交叉圆柱滚子转盘轴承刚性分析

摘要

精密交叉圆柱滚子转盘轴承具有旋转精度高、抵抗变形能力强、承载能力大以及结构设计灵活等一系列优点，被广泛应用于工业机器人的关节部和旋转部、数控回转工作台、精密测试转台、光学望远镜以及大型雷达天线等精密装备中。转盘轴承作为精密回转装备中的核心零部件起到了至关重要的作用，影响轴承回转精度的主要因素有轴承制造精度、轴承刚性。然而，轴承回转精度的提高仅仅依靠提高加工机床的精度是很有限的。因此，需要对轴承刚性的影响机制进行深入的理论分析和实验研究，揭示内在的相关规律，同时提出一些轴承刚性的控制策略，为该类转盘轴承的设计提供理论依据。　　首先，本文以某型号的精密交叉圆柱滚子转盘轴承为研究对象，分析了轴承在联合载荷作用下的变形协调条件关系，以经典 Hertz接触理论为基础，建立了转盘轴承的静力学分析模型，使用数值计算方法进行求解。研究了游隙对转盘轴承滚道接触载荷分布及最大接触载荷的影响规律，为滚子的偏载分析以及轴承的刚性分析奠定了理论基础。　　其次，针对联合载荷作用下，交叉圆柱滚子转盘轴承滚子与滚道之间接触应力分布的“偏载效应”和“边缘效应”问题，提出了在轴承游隙合理取值的前提下，通过对滚子的修形设计来改善滚子滚道接触状况的有效方法。该方法建立在转盘轴承载荷分布研究的基础上，然后，采用有限长线接触理论研究了轴承游隙对滚子偏载的影响。最后，在轴承合理游隙下，研究了滚子在不同修形方式下滚子与滚道之间的应力分布情况。　　然后，基于有限长线接触理论，采用数值分析法，计算了滚子在不同修形方式、不同载荷下与内外套圈弹性趋近量的大小，将计算得到的数据用指数函数进行非线性拟合，确定了修形滚子的“载荷—位移”关系。建立了能够考虑滚子修形影响的转盘轴承静刚度的数学分析模型，利用该模型分析了外载荷、游隙、滚动体修形方式和凸度大小对轴承刚性的影响。　　最后，对精密交叉圆柱滚子转盘轴承进行相关的实验验证，测试了转盘轴承的轴向刚度、径向刚度及角刚度，并将试验结果与理论计算结果进行了对比分析，通过实验证明该研究方法的合理性。论文从工程应用的角度出发，基于VC++开发了转盘轴承计算分析软件。完成分析计算模块、计算结果读取模块、软件图形显示模块的设计工作。

目录

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

第2章转盘轴承静力学模型建立与求解

2.1 Her tz线接触理论

2.2转盘轴承静力学模型的建立

2.3静力学模型的求解

2.4游隙对轴承载荷分布的影响

2.5本章小结

第3章滚子的偏载分析及其修形研究

3.1滚子接触应力分析

3.2游隙对未修形滚子接触应力的影响

3.3滚子修形原则与修形方式

3.4不同修形滚子的应力分布分析

3.5滚子偏载状态下的非对称修形

3.6本章小结

第4章转盘轴承刚性影响因素分析

4.1线接触经验公式的局限性

4.2修形滚子“载荷—位移”关系的确定

4.3滚子修形后转盘轴承静刚度的数值计算

4.4单一载荷作用下的轴承刚性分析

4.5轴承结构参数对轴承刚性的影响

4.6本章小结

第5章实验验证与计算软件开发

5.1实验方案

5.2验证性实验项目与实验方法

5.3分析计算软件的开发

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1本论文的主要工作及结论

6.2工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果