【摘要】：在火箭發(fā)動機、舵機驅動等航天器運行中,滾動軸承會出現(xiàn)短時間內(nèi)工作載荷超過額定靜載荷數(shù)倍的過載情況,其內(nèi)部較高的應力狀態(tài)對軸承壽命有著重大的影響。在這種短時過載條件下,滾動體與內(nèi)、外圈滾道接觸部分的局部材料將發(fā)生塑性變形,軸承接觸力和變形處于一種彈塑性非赫茲接觸狀態(tài),滾動體載荷的反復作用將導致塑性變形的損傷累積,在設計此類軸承時需要考慮循環(huán)彈塑性應變導致的低周疲勞問題,但目前還沒有形成通用的設計理論。本文針對航天軸承的過載工況,以圓柱滾子軸承為研究對象,分析圓柱滾子軸承在這種特殊工況下的動態(tài)性能,旨在為典型短時過載工況下的軸承性能分析提供理論依據(jù),為該類軸承的工程優(yōu)化設計提供技術支持。本文采用數(shù)值分析法,對短時過載工況下圓柱滾子軸承進行動態(tài)性能分析。利用有限元分析軟件ANSYS和ANSYS/LS-DYNA建立圓柱滾子軸承非線性彈塑性接觸有限元模型,研究分析短時過載下圓柱滾子軸承在不同過載系數(shù)k(軸承徑向載荷與額定靜載荷之比)和轉速對軸承彈塑性接觸應力應變分布、軸承振動特性以及保持架打滑率的影響;并在彈塑性力學和赫茲接觸理論的基礎上,推導了圓柱滾子軸承非線接觸彈塑性應力應變的計算公式。研究結果表明:過載工況下滾子端部會出現(xiàn)明顯的應力集中,滾子最大切應力的深度隨著過載系數(shù)的增大而增加;軸承各部件的最大塑性變形量隨過載系數(shù)的增加,均呈非線性增加趨勢,且在軸承運行過程中,軸承塑性變形量具有“累積效應”;在過載工況下,軸承振動主要受到軸承塑性變形量的影響,塑性變形量越大軸承振動越劇烈;當過載系數(shù)大于1.5時,過載系數(shù)對保持架打滑率影響很小,保持架打滑率基本為0;此外,過載條件下軸承轉速對軸承的塑性變形量、振動及保持架打滑率均有較大的影響,為保證過載條件下軸承具有較好的動態(tài)特性,軸承轉速應n?min/r3000。對過載軸承進行靜壓試驗后測量其最大塑性變形量,并在S0910-A型軸承振動測量儀上完成了振動試驗,將試驗結果與理論計算結果以及數(shù)值計算結果進行對比分析,結果表明:彈塑性應力應變計算公式適用于低過載下圓柱滾子軸承塑性變形量的計算,高過載工況下數(shù)值分析法計算的軸承塑性變形量更為準確。
【圖文】：

且它們的結構又比較復雜，因此將其簡化成一個空心圓柱。圓柱滾子軸承最終簡化模型如圖3-1 所示。圖 3-1 圓柱滾子軸承有限元分析幾何模型Fig. 3-1 Finite element model of cylindrical roller bearing2 對數(shù)母線修形滾子的建立對于一般的直母線滾子軸承，在滾子與滾道的接觸端部經(jīng)常會發(fā)生早期的接觸疲勞點蝕，主要由于軸承受載后，，直母線滾子兩端會出現(xiàn)邊緣應力集中，即“邊緣效應”，而“邊緣效應”的出現(xiàn)往往能夠很大程度降低軸承的疲勞壽命。

3.2.3 定義單元類型及網(wǎng)格劃分ANSYS 中有關實體模型的網(wǎng)格劃分主要有三種方法：自由網(wǎng)格劃分法劃分法和映射網(wǎng)格劃分法。其中映射劃分和掃掠法要求體遵循一定的映射劃分對實體形狀要求最為嚴格，一般為六面體結構。自由網(wǎng)格對殊要求，對任何幾何模型，不管其規(guī)則與否，都可以進行網(wǎng)格劃分，定的準則，自由體網(wǎng)格一般限定為四面體單元。此次研究對象為圓柱本文對滾子采用對數(shù)修形，若采用六面體單元或掃掠方法對滾子進行，會產(chǎn)生很多不規(guī)則和畸變單元甚至無法完成網(wǎng)格的劃分，很可能會易收斂，或計算結果誤差太大，因此本次圓柱滾子軸承分析采用四面體D187，用自由網(wǎng)格的方式劃分實體。對于滾動體以及滾道上與滾動體位，由于接觸應力比較大，且是重點分析的對象，因此對這些部位的局部細化保證接觸部位的網(wǎng)格尺寸小于赫茲接觸橢圓短半軸的 50%，滾道面進行網(wǎng)格加密，使計算結果更加準確，如圖 3-3 所示。
【學位授予單位】：河南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH133.33

【共引文獻】

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本文編號：2567784