陶瓷球軸承力學(xué)性能仿真分析.pdf

1、本文以陶瓷球滾動(dòng)軸承為對(duì)象,研究了靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面的性能,為軸承的設(shè)計(jì)、制造和使用打下理論基礎(chǔ)。軸承中球與溝道的接觸情況比較復(fù)雜,傳統(tǒng)赫茲理論在求解接觸應(yīng)力分布和摩擦?xí)r,對(duì)接觸曲面和應(yīng)力分布及摩擦力矩求解時(shí)存在不一致性和誤差。赫茲公式和有限元法的計(jì)算相比,赫茲公式計(jì)算簡(jiǎn)便、結(jié)果精確,但適用范圍受零件的外形的制約;有限元法分析過(guò)程較為繁瑣,但計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確,且不受零件外形制約,適用范圍廣泛。用有限元法分析接觸問(wèn)題雖然是一種較精確的方法,但

2、以往對(duì)軸承進(jìn)行有限元分析時(shí),大多采用簡(jiǎn)化的二維模型,對(duì)于更準(zhǔn)確的三維模型的簡(jiǎn)化情況及邊界條件缺乏準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。本文在對(duì)模型簡(jiǎn)化及邊界條件進(jìn)行一定假設(shè)的基礎(chǔ)上,采用三維有限元法,借助有限元分析軟件對(duì)模型進(jìn)行精確求解。同時(shí)通過(guò)傳統(tǒng)赫茲接觸理論和已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證,間接證明了有限元分析模型的合理性及有限元分析方法的可靠性。研究陶瓷球軸承的靜態(tài)性能時(shí),本文主要在Hertz接觸理論的基礎(chǔ)上采用擬動(dòng)力學(xué)方法,研究了軸向和徑向載荷作用下滾動(dòng)軸承

3、的承載和變形特性。同時(shí)在ANSYS/LS-DYNA中建立了陶瓷球軸承的實(shí)物模型與有限元模型,實(shí)現(xiàn)了陶瓷球軸承的試算與相關(guān)參數(shù)的顯式運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真‘,分析了陶瓷球軸承運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速、載荷、時(shí)間與應(yīng)力、應(yīng)變、加速度、載荷、振動(dòng)之間的關(guān)系,結(jié)果表明,與已有的滾動(dòng)軸承運(yùn)動(dòng)的理論和實(shí)際情況基本吻合。最后以額定靜載荷為目標(biāo)函數(shù)建立數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用MATLAB對(duì)陶瓷球軸承直徑Dw,球數(shù)Z,內(nèi)外溝曲率半徑系數(shù)fi和fe進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。不同工況下的仿真分析為陶