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回转支承承载性能分析方法研究

作　者: 刘雪霞
导　师: 曹旭阳
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 回转支承刚度特性高强螺栓承载性能
分类号: TH123
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着国民经济的迅速发展,起重、挖掘等设备日渐轻量化,主机结构越来越紧凑,承载能力越来越高,回转支承作为重要组成部件,人们对它的设计要求也越来越高。近来一些回转支承按接触应力计算满足使用要求,但在使用过程中经常出现卡死、滚道压陷、压裂等非正常失效现象。除部分是由于制造质量外,另外两个重要原因就是回转支承刚度不足和高强螺栓连接失效。目前,国内回转支承刚度分析通常只注重滚动体与滚道之间的局部接触变形而忽略滚圈自身变形对刚度的影响,导致整体变形量计算不够精确；高强螺栓连接结构中存在着摩擦、接触、外载荷偏心、螺栓自身弯曲等特点,导致设计人员在对其进行计算时多基于一定的简化,将螺栓连接结构理想化。针对以上问题,本文充分研究回转支承的结构和受力特点,深入研究回转支承刚度分析方法和高强螺栓计算方法,以弥补当前回转支承承载性能分析方法中的不足。论文的主要研究工作和研究成果如下：(1)分析回转支承结构特点、工作原理和研究现状,研究当前回转支承承载性能计算方法中存在的问题,确定刚度分析方法和高强螺栓计算方法研究的必要性和可行性；(2)以交叉滚子式回转支承为主要研究对象,详细分析其工作原理；采用载荷叠加法计算其滚道圆周上的正压力,推导出回转支承在轴向载荷单独作用下、倾覆力矩单独作用下以及轴向载荷和倾覆力矩耦合作用下滚道圆周单位弧长上的正压力；(3)基于Hertz接触理论和ANSYS软件,建立了能够考虑回转支承滚圈自身变形的计算内、外圈相对位移的有限元模型。通过有限元计算得到了回转支承轴向载荷与变形之间的关系、倾覆力矩与变形之间的关系,并对倾覆力矩作用下滚道圆周上的变形分布情况进行了分析,将计算结果与现有结论进行比较,说明有限元计算结果的可靠性；(4)通过合理的假设,并综合考虑摩擦、接触、外载荷偏心、螺栓自身弯曲等所引起的各种非线性,建立能够反映回转支承用高强螺栓连接性能的三维有限元模型,得到其静强度、疲劳强度及相关应力的有限元计算方法。通过实例分析,对有限元算法和解析算法的计算结果进行比较,说明有限元算法的准确性；(5)应用回转支承用高强螺栓的有限元算法进行数值试验,研究预紧强度、连接基座板厚以及套筒高度对螺栓连接性能的影响及影响程度。其成果将有效地指导工程设计人员准确完成回转支承设计,并且其研究思想也可应用到对其它设备上的螺栓连接处。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 回转支承综述  9-11
    1.1.1 回转支承的应用  9-10
    1.1.2 国内外回转支承研究现状  10-11
  1.2 回转支承分析方法  11-14
    1.2.1 回转支承刚度分析方法  12
    1.2.2 回转支承用高强螺栓计算方法  12-13
    1.2.3 ANSYS接触分析  13-14
  1.3 本文研究意义和主要工作  14-15
    1.3.1 课题意义  14-15
    1.3.2 论文主要工作内容  15
  1.4 本章小结  15-16
2 回转支承受力分析  16-23
  2.1 回转支承结构类型及其工作原理  16-19
    2.1.1 回转支承结构类型  16-17
    2.1.2 交叉滚子式回转支承工作原理  17-19
  2.2 滚道圆周上的压力计算  19-22
    2.2.1 基本假设  19
    2.2.2 滚道圆周上的压力计算  19-22
  2.3 本章小结  22-23
3 回转支承刚度分析方法研究  23-35
  3.1 Hertz接触理论  23-25
  3.2 不同载荷下的滚子受力计算  25
  3.3 有限元分析方法研究  25-30
    3.3.1 回转支承刚度分析的计算模型  25-26
    3.3.2 前提假设及模型简化  26-27
    3.3.3 回转支承刚度分析的有限元模型  27-30
  3.4 计算结果分析  30-34
    3.4.1 轴向载荷-变形关系  30-31
    3.4.2 倾覆力矩-变形关系  31-33
    3.4.3 倾覆力矩作用下滚道圆周上的变形分布  33-34
  3.5 本章小结  34-35
4 回转支承用高强螺栓计算方法研究  35-54
  4.1 螺栓连接理论  35-37
    4.1.1 普通型螺栓与高强型螺栓  35-36
    4.1.2 预紧力作用下的螺栓受力分析  36-37
  4.2 分析问题简化  37-38
  4.3 螺栓受力计算  38-39
  4.4 回转支承用高强螺栓的解析计算方法  39-42
    4.4.1 螺栓及其被连接件的刚度计算  39-41
    4.4.2 螺栓强度计算  41
    4.4.3 实例计算  41-42
  4.5 回转支承用高强螺栓的有限元算法研究  42-49
    4.5.1 回转支承用高强螺栓计算的有限元模型  42-44
    4.5.2 螺栓强度计算  44-45
    4.5.3 载荷施加方法研究  45-48
    4.5.4 实例计算  48-49
  4.6 影响螺栓连接性能的关键因素及其影响程度  49-53
    4.6.1 预紧强度对螺栓连接性能的影响  49-50
    4.6.2 连接基座板厚对螺栓连接性能的影响  50-51
    4.6.3 套筒高度对螺栓连接性能的影响  51-53
  4.7 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-58
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  58-59
致谢  59-60

回转支承承载性能分析方法研究

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