高速深沟混合陶瓷轴承接触特性及结构优化设计研究
本文选题:混合陶瓷轴承 + 赫兹理论 ; 参考:《山东大学》2011年硕士论文
【摘要】:混合陶瓷轴承是一种由传统金属钢制轴承发展而来的新型轴承,适用于高速轻载以及超高速轻载工况下,具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。 传统的轴承设计方法主要针对低速工况下的钢轴承,而高速混合陶瓷球轴承的设计研究又需要进行大量的理论分析和试验工作,所以探索一种有效的分析方法就显得尤其重要,这对于完善混合陶瓷球轴承的设计理论和充分发挥混合陶瓷球轴承的性能优势具有重大意义。本文以轴承静力学分析为理论基础,以高速轻载工况下深沟混合陶瓷球轴承为对象进行了相关研究,主要内容如下: 考虑高速离心力的影响,建立了高速主轴与深沟混合陶瓷球轴承内圈配合过盈量的计算公式;基于ANSYS有限元软件模拟计算主轴与轴承内环在高速工况下的过盈配合特性。 高速混合陶瓷轴承的滚动体在高速工况下产生较大的离心力,受离心力的影响,陶瓷球与外圈接触区域会发生较大变形,从而影响接触负荷的分布。本文基于传统赫兹接触理论对深沟混合陶瓷球轴承在高速超高速条件下的接触负荷分布进行了分析。 基于ANSYS有限元软件分析计算深沟混合陶瓷轴承的接触问题。首先,对零转速工况下深沟混合陶瓷球轴承进行有限元模型的建立、接触对的建立、载荷以及边界条件的施加和计算结果的分析,并与传统赫兹理论解相比较,验证了有限元模型的准确性。进而对高速超高速工况下的深沟混合陶瓷球轴承进行分析仿真,模拟高速离心力作用下轴承内部载荷分布的变化情况,对提高深沟混合陶瓷轴承的可靠性及使用寿命具有较大的实际意义。 本文最后利用ANSYS有限元软件中的优化模块,基于接触疲劳寿命对20000r/min工况下的深沟混合陶瓷球轴承进行了优化设计,求得此工况下最佳球径及最佳球数,为深沟混合陶瓷球轴承的结构参数设计提供了一种新的方法。
[Abstract]:Hybrid ceramic bearing is a new type of bearing developed from traditional metal steel bearing. It is suitable for high speed light load and super high speed light load working conditions. It has broad application prospect and great economic benefit.The traditional bearing design method is mainly aimed at the steel bearing under the low speed working condition, but the design research of the high-speed hybrid ceramic ball bearing needs a lot of theoretical analysis and test work, so it is particularly important to explore an effective analysis method.It is of great significance to improve the design theory of hybrid ceramic ball bearings and give full play to the performance advantages of hybrid ceramic ball bearings.Based on the static analysis of bearings, this paper studies the deep groove hybrid ceramic ball bearings under high speed and light load. The main contents are as follows:Considering the influence of high speed centrifugal force, a formula for calculating interference of the inner ring of high speed spindle and deep groove hybrid ceramic ball bearing is established, and the interference fit characteristic of spindle and bearing inner ring under high speed condition is simulated based on ANSYS software.The rolling body of high speed hybrid ceramic bearing produces a large centrifugal force under high speed working conditions. Due to the influence of centrifugal force the contact area between ceramic ball and outer ring will be deformed and the distribution of contact load will be affected.Based on the traditional Hertz contact theory, the contact load distribution of deep groove hybrid ceramic ball bearings at high speed and high speed is analyzed.The contact problem of deep groove hybrid ceramic bearing is analyzed and calculated based on ANSYS finite element software.Firstly, the finite element model of deep groove hybrid ceramic ball bearing under zero rotating speed, the establishment of contact pair, the application of load and boundary conditions, and the calculation results are analyzed, and the results are compared with the traditional Hertz theory.The accuracy of the finite element model is verified.Then the deep groove hybrid ceramic ball bearing under high speed and super high speed working condition is analyzed and simulated to simulate the change of bearing internal load distribution under the action of high speed centrifugal force.It is of great practical significance to improve the reliability and service life of deep groove hybrid ceramic bearings.Finally, using the optimization module of ANSYS finite element software, based on contact fatigue life, the optimum design of deep groove hybrid ceramic ball bearing under 20000r/min condition is carried out, and the optimum ball diameter and ball number under this condition are obtained.A new method for structural parameter design of deep groove hybrid ceramic ball bearing is provided.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH133.3
【参考文献】
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,本文编号:1770231
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