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盾构机主轴承的有限元分析及寿命研究

作　者: 李建征
导　师: 韩红彪；刘红彬
学　校: 河南科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 盾构机 回转支承 有限元 接触应力 等效应力 疲劳寿命
分类号: TH133.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 192次
引　用: 3次
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内容摘要


盾构机是隧道施工中的主要施工机械,必须具有高可靠性,能够稳定地工作。盾构机主轴承是盾构机的关键部件,多采用三排滚柱式回转支承,其结构和受载情况复杂,容易产生较大的应力和变形,影响盾构机的施工安全。由于盾构机主轴承的尺寸较大,滚动体数目较多,所以内、外圈与滚动体之间的接触部位较多,接触状态复杂。理论方法和有限元法计算该轴承的承载能力、变形及载荷分布都非常复杂。本文采用传统轴承理论分析方法和有限元法分别对该轴承的承载能力、变形及载荷分布状态进行分析研究。首先分析了该轴承在静载荷作用下三排滚动体的受力状态,应用滚动轴承载荷分布计算方法,对轴承在轴向力、径向力及倾覆力矩作用下的三列滚动体的载荷分布进行了计算。得出了每个受载滚子的载荷、最大接触应力及变形的值,并确定出每列滚动体最大载荷滚子所在的位置。而后利用ANSYS有限元分析软件,分别分析了轴承在轴向力、径向力及倾覆力矩单独作用下和联合作用下的应力及变形状态。有限元分析得到的轴承载荷分布规律、应力及变形的计算结果与滚动轴承的理论计算结果基本接近。由于盾构机主轴承是低速重载回转轴承,其损坏形式一般表现为疲劳断裂。因此在轴承力学性能分析的基础上,利用经典的疲劳寿命分析理论和轴承疲劳寿命分析方法,结合该轴承实际结构,分析了轴承疲劳寿命。分析结果显示,轴承的疲劳寿命满足预期使用寿命。多工况下盾构机主轴承力学性能的实验结果和理论分析结果在变化趋势方面有很好的一致性。通过对盾构机主轴承的受力状态和疲劳寿命的研究,以及对盾构机主轴承的承载性能实验,为盾构机主轴承的选型和优化设计奠定了基础。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第1章 绪论  7-12
  1.1 引言  7-8
  1.2 盾构机主轴承的国内外研究概况  8-9
    1.2.1 国内盾构机主轴承研究现状  8
    1.2.2 国外盾构机主轴承研究现状  8-9
  1.3 课题背景知识和研究方法  9-11
  1.4 本文研究的主要内容  11-12
第2章 盾构机主轴承的载荷分布计算  12-27
  2.1 赫兹理论的基本假设  12
  2.2 滚动轴承的接触和载荷  12-15
    2.2.1 接触理论概述  12-13
    2.2.2 滚动轴承的接触应力和变形  13
    2.2.3 单个滚子的载荷  13-15
  2.3 盾构机主轴承和结构和负荷  15-18
    2.3.1 盾构机主轴承的结构和材料  15-16
    2.3.2 盾构机主轴承的工况负荷  16-18
  2.4 盾构主轴承的载荷分布计算  18-26
    2.4.1 各排滚子的受力分析  18-19
    2.4.2 各分力作用下滚子的载荷计算  19-24
    2.4.3 第一列滚子的载荷分布  24-25
    2.4.4 第二列滚子的载荷分布  25
    2.4.5 第三列滚子的载荷分布  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 盾构机主轴承的有限元分析  27-40
  3.1 有限元分析工具ANSYS 简介  27
  3.2 有限元模型的建立  27-34
    3.2.1 模型建立的基本假设  28
    3.2.2 几何模型的建立  28
    3.2.3 单元类型的选取与网格划分  28-31
    3.2.4 接触的选择  31-32
    3.2.5 载荷与边界条件  32-34
  3.3 有限元计算及结果分析  34-38
    3.3.1 中心轴向力作用下轴承的有限元计算及分析  34-35
    3.3.2 径向力作用下轴承的有限元计算及分析  35-36
    3.3.3 倾覆力矩作用下轴承的有限元计算及分析  36-37
    3.3.4 联合载荷作用下轴承的有限元计算及分析  37-38
  3.4 本章小结  38-40
第4章 盾构机主轴承的疲劳寿命研究  40-54
  4.1 轴承疲劳寿命概述  40-41
  4.2 盾构机主轴承的疲劳寿命计算  41-47
    4.2.1 盾构机主轴承寿命的计算方法  41-44
    4.2.2 盾构机主轴承的寿命计算实例  44-47
  4.3 结构对于轴承寿命的影响  47-52
    4.3.1 滚子数量对于寿命的影响  48-49
    4.3.2 滚子直径对于寿命的影响  49-50
    4.3.3 滚子分布节圆直径对于寿命的影响  50-52
  4.4 盾构机主轴承的延寿方法  52-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章 盾构机主轴承的承载性能试验  54-58
  5.1 盾构机主轴承的实验目的  54
  5.2 盾构机主轴承的试验装置  54-55
  5.3 实验内容  55-56
  5.4 实验分析  56-57
  5.5 本章小结  57-58
第6章 结论和展望  58-59
  6.1 结论  58
  6.2 展望  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间的研究成果  63

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 转动机件 > 轴承 > 滚动轴承
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