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基于印刷机滚筒轴承接触问题的有限元分析

作　者: 王进堂
导　师: 武吉梅
学　校: 西安理工大学
专　业: 印刷工程
关键词: 接触问题 印刷机滚筒圆柱滚子轴承 有限元
分类号: TS803.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 58次
引　用: 1次
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内容摘要


印刷机滚筒上的圆柱滚子轴承是印刷机的重要部件之一,它应能满足高速、重载、工作精度高等要求。因此,如何保证印刷机轴承处于良好的工作状态对整个印刷生产具有重大的意义。本文主要以赫兹接触理论和有限元法为理论基础,对印刷机滚筒轴承接触问题的分析方法进行了分析和研究。首先,运用了赫兹公式和有限元法对外形规则、接触状态简单的模型进行接触应力和接触变形计算。其次,重点分析了有限元法处理接触问题的一般过程,给出了如何选择接触单元、建立有限元模型,如何划分网格、建立接触对,如何加载、求解。提出了分析过程中应注意的关键问题,如网格单元大小的选择,载荷施加问题等。最后,以高宝科美特70(KBA COMET 70)报纸轮转印刷机压印滚筒上的轴承为例分析了三维单圆柱轴承和全尺寸轴承的受力变形情况。本论文研究的主要内容有：1、基于圆柱滚子轴承力学分析的理论及原则、单体接触问题中的Hertz理论,以高宝科美特70 (KBA COMET 70)报纸轮转印刷机滚筒用NN3024ASK.M.P型双排圆柱滚子轴承为例,详细分析了轴承的接触应力、变形、载荷分布情况。2、建立了接触分析的有限元模型,采用接触问题的拉格朗日乘子法,分别讨论了二维接触模型在不同单元长度不同载荷作用下的一系列的结果,得到了接触变形图,讨论了网格疏密对求解结果的影响,提出了解决接触问题的有效方法,为分析三维接触问题打下基础。3、建立了最大载荷滚动体处的接触模型,得出了滚动体、套圈的接触应力变形图,利用有限元数值方法对接触弹性变形量与作用载荷的关系指数进行了修正。4、在单个滚子轴承的基础上建立了全尺寸三维圆柱滚子轴承NN3024ASK.M.P的有限元模型,详细论述了ANSYS提供的边界条件设置以及轴承载荷的施加情况。对轴承进行数值模拟并分析,得到了轴承性能分析的有效方法,为该轴承承载能力动力学分析研究奠定了基础。5、应用有限元数值模拟技术对圆柱滚子进行了凸度设计。本文的研究方法和结果对印刷机滚筒轴承的可靠性分析和优化设计具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题背景  9
  1.2 本课题研究的意义  9-10
  1.3 国内外研究概况  10-12
    1.3.1 国外研究现状  10-11
    1.3.2 国内轴承工业发展现状  11-12
  1.4 圆柱滚子轴承承载性能的研究  12-13
  1.5 轴承及轴承类产品分析难点  13
  1.6 接触问题发展趋势  13-15
  1.7 本文的主要研究内容  15-17
2 轴承的结构特点及基础理论  17-27
  2.1 滚动轴承的结构特点  17-18
  2.2 滚动轴承的基本理论  18-25
    2.2.1 Hertz弹性接触理论  18-21
    2.2.2 滚动轴承的载荷分布  21-25
  2.3 圆柱滚子轴承接触表面应力及变形计算  25-26
  2.4 结论  26-27
3 二维接触问题的有限元分析  27-43
  3.1 接触问题的有限元法  27-32
    3.1.1 有限元法简介  27-28
    3.1.2 求解接触问题的方法  28-31
    3.1.3 接触系统的有限元技术  31
    3.1.4 实常数和关键字  31-32
  3.2 有限元分析的基本过程  32-35
  3.3 实例分析  35-42
    3.3.1 二维模型的接触分析  35-36
    3.3.2 网格划分及边界条件  36-37
    3.3.3 接触设置  37
    3.3.4 结果及后处理  37-42
  3.4 结论  42-43
4 轴承接触问题的有限元数值模拟技术  43-53
  4.1 问题描述  43
  4.2 求解步骤  43-52
    4.2.1 建立模型并划分网格  43-46
    4.2.2 识别接触对、定义接触面  46-47
    4.2.3 施加边界条件  47-52
  4.3 结论  52-53
5 全尺寸轴承的有限元分析  53-65
  5.1 模型简化及边界条件的假定  53
  5.2 创建实体及有限元模型  53-57
    5.2.1 滚动轴承的实体分析模型  53-54
    5.2.2 滚动轴承的有限元分析模型  54-57
  5.3 约束条件和施加载荷  57-60
    5.3.1 边界条件及约束方式  57-58
    5.3.2 施加载荷  58-60
  5.4 计算结果及分析  60-63
  5.5 结论  63-65
6 圆柱滚子的凸度设计  65-71
  6.1 凸度设计的方法  65-66
  6.2 Lundberg对数母线的圆柱滚子凸度设计  66-67
  6.3 圆柱滚子的模型的有限元分析  67-69
  6.4 结论  69-71
7 结论和展望  71-73
  7.1 结论  71
  7.2 展望  71-73
致谢  73-75
参考文献  75-79
附录  79

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 印刷工业 > 一般性问题 > 机械与设备 > 印刷设备
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