【摘要】：在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)等航天器運(yùn)行中,滾動(dòng)軸承會(huì)出現(xiàn)短時(shí)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(yīng)力狀態(tài)對(duì)軸承壽命有著重大的影響。在這種短時(shí)過載條件下,滾動(dòng)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(dòng)體載荷的反復(fù)作用將導(dǎo)致塑性變形的損傷累積,在設(shè)計(jì)此類軸承時(shí)需要考慮循環(huán)彈塑性應(yīng)變導(dǎo)致的低周疲勞問題,但目前還沒有形成通用的設(shè)計(jì)理論。本文針對(duì)航天軸承的過載工況,以圓柱滾子軸承為研究對(duì)象,分析圓柱滾子軸承在這種特殊工況下的動(dòng)態(tài)性能,旨在為典型短時(shí)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(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。本文采用數(shù)值分析法,對(duì)短時(shí)過載工況下圓柱滾子軸承進(jìn)行動(dòng)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(shí)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(zhuǎn)速對(duì)軸承彈塑性接觸應(yīng)力應(yīng)變分布、軸承振動(dòng)特性以及保持架打滑率的影響;并在彈塑性力學(xué)和赫茲接觸理論的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了圓柱滾子軸承非線接觸彈塑性應(yīng)力應(yīng)變的計(jì)算公式。研究結(jié)果表明:過載工況下滾子端部會(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中,滾子最大切應(yīng)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(shì),且在軸承運(yùn)行過程中,軸承塑性變形量具有“累積效應(yīng)”;在過載工況下,軸承振動(dòng)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(dòng)越劇烈;當(dāng)過載系數(shù)大于1.5時(shí),過載系數(shù)對(duì)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(zhuǎn)速對(duì)軸承的塑性變形量、振動(dòng)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(dòng)態(tài)特性,軸承轉(zhuǎn)速應(yīng)n?min/r3000。對(duì)過載軸承進(jìn)行靜壓試驗(yàn)后測(cè)量其最大塑性變形量,并在S0910-A型軸承振動(dòng)測(cè)量儀上完成了振動(dòng)試驗(yàn),將試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果以及數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:彈塑性應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算公式適用于低過載下圓柱滾子軸承塑性變形量的計(jì)算,高過載工況下數(shù)值分析法計(jì)算的軸承塑性變形量更為準(zhǔn)確。
【圖文】：

且它們的結(jié)構(gòu)又比較復(fù)雜，因此將其簡(jiǎn)化成一個(gè)空心圓柱。圓柱滾子軸承最終簡(jiǎn)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(duì)數(shù)母線修形滾子的建立對(duì)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(huì)發(fā)生早期的接觸疲勞點(diǎn)蝕，主要由于軸承受載后，，直母線滾子兩端會(huì)出現(xiàn)邊緣應(yīng)力集中，即“邊緣效應(yīng)”，而“邊緣效應(yīng)”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(guān)實(shí)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(duì)實(shí)體形狀要求最為嚴(yán)格，一般為六面體結(jié)構(gòu)。自由網(wǎng)格對(duì)殊要求，對(duì)任何幾何模型，不管其規(guī)則與否，都可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分，定的準(zhǔn)則，自由體網(wǎng)格一般限定為四面體單元。此次研究對(duì)象為圓柱本文對(duì)滾子采用對(duì)數(shù)修形，若采用六面體單元或掃掠方法對(duì)滾子進(jìn)行，會(huì)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(huì)易收斂，或計(jì)算結(jié)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(shí)體。對(duì)于滾動(dòng)體以及滾道上與滾動(dòng)體位，由于接觸應(yīng)力比較大，且是重點(diǎn)分析的對(duì)象，因此對(duì)這些部位的局部細(xì)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(jìn)行網(wǎng)格加密，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，如圖 3-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH133.33

【共引文獻(xiàn)】

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5 喬愛科;陳為彩;張宏斌;;血流動(dòng)力學(xué)有限元后處理的集成化開發(fā)[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

6 李強(qiáng);李鵬輝;趙君官;茹站勇;;沖擊載荷下自增強(qiáng)身管殘余應(yīng)力變化規(guī)律[J];爆炸與沖擊;2011年06期

7 范名琦;王永軍;劉鑫;;潛艇端部艙壁結(jié)構(gòu)分析[J];船舶力學(xué);2007年04期

8 黃麗華;吳海鷹;;帶阻尼條的永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)分析[J];船電技術(shù);2008年01期

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10 林曉東;宗周紅;;循環(huán)荷載作用下冷彎薄壁方鋼管混凝土梁的非線性分析[J];赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年12期

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2 馮智睿;張恩龍;;隔膜泵曲軸的參數(shù)化有限元分析[A];科學(xué)發(fā)展與社會(huì)責(zé)任（A卷）——第五屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)文集[C];2008年

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6 張軍;龔存燕;陳娟;趙曉紅;;猴子巖水電站溢洪洞閘室三維有限元分析[A];福建省第十三屆水利水電青年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2009年

7 陶曉瑛;馬利華;;基于APDL的相控陣?yán)走_(dá)天線結(jié)構(gòu)分析[A];中國電子學(xué)會(huì)電子機(jī)械工程分會(huì)2009年機(jī)械電子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

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9 杜青;史文軍;李曉會(huì);;基于準(zhǔn)靜態(tài)影響線的橋梁承載能力評(píng)定[A];第21屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集第Ⅱ冊(cè)[C];2012年

10 沈國慶;陳宏;;粘彈性阻尼器在偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分析[A];第五屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2005年

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6 王燕;潛艇結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2567784