發(fā)布時間：2020-09-02 20:00

　　 隨著化石能源的日益消耗和全球溫室效應的加劇,可再生清潔能源的發(fā)展得到了世界各國的廣泛關注。風能是重要的新能源種類之一,雙列圓錐滾子軸承作為直驅型風機中一類關鍵的主軸承類型得到了國內外學者的廣泛研究。目前,對大型雙列圓錐滾子軸承優(yōu)化設計的研究仍以如何提高單位體積下的額定動載荷為重點,僅將軸承幾何尺寸關系作為優(yōu)化約束,并未考慮載荷作用下軸承接觸應力和軸承壽命對軸承設計的影響。實際中在進行軸系結構設計時,往往希望在保證軸承各項性能要求的情況下得到更緊湊的軸系結構。而目前的優(yōu)化目標顯然與這一實際的工程問題不相一致。為解決這一難題,本文對軸承的幾何關系、滾子接觸應力和軸承修正壽命進行了約束,建立以軸承體積為優(yōu)化目標函數的優(yōu)化設計方法。通過遺傳算法優(yōu)化得到在給定工況載荷下既滿足應力和壽命要求且體積最小的雙列圓錐滾子軸承,具體的研究內容如下:(1)建立了雙列圓錐滾子軸承的接觸載荷靜力學模型,通過將軸承整體位移量轉換到每個滾子法向位移得到軸承所受外載荷和滾子接觸載荷之間的關系,最終求解出每個滾子的接觸載荷。(2)基于Hertz接觸理論,用“切片法”求解了有限長接觸問題,迭代求出滾子輪廓線上的應力分布。采用對數曲線修形對滾子輪廓線進行優(yōu)化設計,尋找在最大滾子接觸載荷下,使?jié)L子輪廓最大應力最小的對數曲線修形參數。(3)研究了風機軸承壽命計算的兩種方法。首先,基于基本額定動載荷從滾動軸承的承載容量角度去分析壽命;其次,通過分析滾道接觸情況來對壽命進行計算。研究了風機疲勞載荷—LDD載荷的處理方法,將原始載荷等效重組成新的載荷工況,以及利用等效工況計算軸承的等效壽命。(4)建立以軸承體積為優(yōu)化目標的優(yōu)化設計方法,對軸承的幾何關系、滾子接觸應力和軸承修正壽命進行了約束,通過遺傳算法優(yōu)化得到了在給定工況載荷下既滿足應力和壽命要求且體積最小的雙列圓錐滾子軸承。將本方法優(yōu)化出的軸承與原先使用的軸承進行了對比,在同時滿足軸承性能要求的前下,本設計方法設計出的軸承體積減少了22%,節(jié)約了資源,降低了成本。(5)以軸承的壽命作為優(yōu)化目標,考慮了極限與疲勞載荷對軸承設計參數的影響,對固定外形尺寸下的軸承進行了優(yōu)化設計。與先前使用的軸承壽命進行對比,發(fā)現本設計方法設計出的軸承壽命增加了 10%。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM315
【部分圖文】：

２雙列圓錐滾子軸承設計理論基礎逡逑雙列圓錐滾子軸承可以看作是單列圓錐滾子軸承的成對使用，根據不同的組合方式逡逑可以分成ＴＤＩ型和ＴＤＯ型兩種結構類型，如圖２．１所示。ＴＤＩ型雙列圓錐滾子軸承類逡逑似于一對單列圓錐滾子軸承大端相對安裝，即面對面安裝，同理ＴＤ0型雙列圓錐滾子逡逑軸承可看成一對單列圓錐滾子軸承背靠背安裝。逡逑ｆ－Ｉ逡逑ＴＤＩ邐ＴＤＯ逡逑圖２．１兩種不同類型的雙列圓錐滾子軸承逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｗｏ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｄｏｕｂｌｅ逡逑ｒｏｗ邋ｔａｐｅｒｅｄ邋ｒｏｌｌｅｒ邋ｂｅａｒｉｎｇｓ逡逑因此，對于ＴＤＯ型雙列圓錐滾子軸承，其性能相似于一對背靠背安裝的單列圓錐逡逑滾子軸承，這種類型的雙列圓錐滾子軸承安裝拆卸比較方便，且剛性好，適合用于交變逡逑載荷工況下使用。而ＴＤＩ的工作性能類似于面對面安裝的單列圓錐滾子軸承，與前者相逡逑比它的安裝空間小但剛性稍差，適用于中等載荷定位端。對于風力發(fā)電機，風載的變化逡逑直接引起主軸系所受的載荷的變化，同時希望軸承具有良好的剛度以承受較大的風載。逡逑因此，在風機主軸系中一般使用ＴＤＯ型雙列圓錐滾子軸承。在軸承設計中軸承供應商逡逑一般會提供軸承的幾何結構圖、基本額定動載荷等軸承基本參數

顧名思義圓錐滾子軸承的滾子具有一定的錐度并且其中心線與軸承軸線并不平行而逡逑有一定夾角，正因為這樣的設計使得雙列圓錐滾子軸承具有了良好得軸向承載能力。雙逡逑列圓錐滾子軸承詳細結構圖如圖２．２所示。逡逑＼＆逡逑■邋Ｂｉ邋■逡逑圖２．２雙列圓錐滾子軸承幾何結構逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｄｏｕｂｌｅ邋ｒｏｗ邋ｔａｐｅｒｅｄ邋ｒｏｌｌｅｒ邋ｂｅａｒｉｎｇ邋ｇｅｏｍｅｔｒｙ逡逑如圖所示，ｄ為軸承內徑，ｍｍ；邋Ｄ為軸承外徑，ｍｍ；邐為軸承內圈寬度，ｍｍ；逡逑Ｃｉ為軸承為外圈寬度，ｍｍ；邋ＺＶｅ為滾子平均直徑，ｍｍ；邋Ｚ）ｗｉ為滾子大端直徑，ｍｍ；逡逑，２為滾子小端直徑，ｍｍ；邋１胃為滾子有效接觸長度，ｍｍ；邋ａ為滾子接觸角，°邋；供為逡逑滾子半錐角，°邋；為軸承節(jié)圓直徑，ｍｍ。節(jié)圓直徑，并非軸承的設計參數，但逡逑對計算軸承的相關性能參數極其重要，可通過公式２．１推導出。逡逑ｓｉｎ（ｐＫ邐（２．１）逡逑ｔａｘｕｐ逡逑除了以上的參數外，滾子個數ｚ也是軸承基本結構中的一個重要參數。以上是選用逡逑和校核軸承的主要參數。除此之外需要設計出一個完整的軸承還要確定軸承內外圈參逡逑數，如圖２．３所示，＆為內圈最小壁厚，ｍｍ；邋＆為外圈最小壁厚，ｍｍ；邋為內圈大擋逡逑邊寬度

２．１．２雙列圓錐滾子軸承的主曲率逡逑主曲率能夠反映兩個接觸面的接觸情況，影響著滾子與滾道的接觸應力與變形，是逡逑軸承理論計算的一個重要參數。如圖２．４所示，將位于上方的物體記做物體Ｉ，位于下方逡逑－１０邋－逡逑

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本文編號：2811038