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高速陶瓷球轴承有限元分析与优化设计

作　者: 路春雨
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: 陶瓷球轴承有限元接触振动温度场
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

陶瓷轴承的研究在我国起步较晚,到目前为止,我国陶瓷轴承在寿命、极限转速、振动和温升等性能方面与发达国家相比还有一定的差距,故本课题关于B7005C混合陶瓷角接触球轴承的接触、振动、温度和优化四个方面的研究对陶瓷轴承使用寿命和极限转速等性能的提高具有重要意义。本文首先利用赫兹理论计算了轴承B7005C的接触应力,然后借助有限元分析软件ANSYS对其进行接触、振动和温度场三个方面的分析。在接触分析中,首先进行球与平板的有限元接触分析,然后将其接触应力解与赫兹接触应力解进行比较,结果表明通过ANSYS能够比较精确地解决接触问题。最后对B7005C在三种不同作用力下的接触应力分别进行了有限元分析计算,并利用赫兹接触应力对其进行验证。在振动和温度场分析中,建立了合理的有限元模型,获得了固有频率、振型图和温度场分布,在优化设计中,利用ANSYS以内外沟曲率半径系数为设计变量,以最大接触应力为目标函数进行了优化设计。通过对B7005C三个方面的分析和优化设计,分别获得了其在实际工况下的应力及其分布规律、变形、固有频率、振型、温度状况以及合理的内外沟曲率半径系数,这些研究成果为陶瓷轴承寿命的提高、振动的减小、温度的降低和陶瓷轴承的设计奠定了坚实的基础。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
第1章绪论  6-12
  1.1 概述  6-7
  1.2 陶瓷轴承的国内外研究现状  7-8
    1.2.1 国内陶瓷轴承研究现状  7
    1.2.2 国外陶瓷轴承研究现状  7-8
  1.3 混合陶瓷轴承的有限元分析  8-10
    1.3.1 接触问题分析简介  8-9
    1.3.2 模态分析简介  9-10
    1.3.3 温度场分析简介  10
  1.4 课题背景和来源  10-11
  1.5 论文研究的主要内容  11-12
第2章混合陶瓷球轴承接触分析  12-34
  2.1 基于Hertz 理论的接触计算  12-20
    2.1.1 混合陶瓷角接触球轴承计算参数  12-13
    2.1.2 轴向力作用时的滚珠载荷计算  13-15
    2.1.3 径向力作用时的滚珠载荷计算  15-17
    2.1.4 联合载荷作用时的滚珠载荷计算  17-18
    2.1.5 滚珠的接触分析  18-20
  2.2 轴承接触有限元分析工具ANSYS 简介  20-21
    2.2.1 本文涉及到的某些ANSYS 技术特点:  20
    2.2.2 接触问题求解的参数设置  20-21
  2.3 滚珠与平板接触有限元分析  21-23
    2.3.1 滚珠与平板的结构参数和材料特性  21
    2.3.2 有限元模型的建立  21-22
    2.3.3 结论  22-23
  2.4 混合陶瓷角接触球轴承的有限元分析  23-33
    2.4.1 轴向力作用下的有限元分析  23-27
    2.4.2 径向力作用下的有限元分析  27-29
    2.4.3 联合载荷作用下的有限元分析  29-31
    2.4.4 联合载荷并考虑转速作用下的有限元分析  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第3章混合陶瓷角接触球轴承结构优化  34-40
  3.1 ANSYS 优化概述  34
  3.2 ANSYS 优化原理和方法  34-35
    3.2.1 优化原理  34-35
    3.2.2 优化方法  35
  3.3 ANSYS 优化步骤  35-36
  3.4 角接触球轴承优化过程  36-39
    3.4.1 参数化模型的建立  36-37
    3.4.2 设计变量的确定  37-38
    3.4.3 目标函数的确定  38
    3.4.4 约束条件的确定  38
    3.4.5 优化设计数学模型  38-39
    3.4.6 优化结果  39
  3.5 本章小结  39-40
第4章混合陶瓷角接触球轴承模态分析  40-44
  4.1 混合陶瓷球轴承的振动问题  40
  4.2 陶瓷球轴承模态分析的意义  40-41
  4.3 ANSYS 模态分析参数设置及约束  41
  4.4 模态分析结论  41-43
  4.5 本章小结  43-44
第5章混合陶瓷角接触球轴承温度场分析  44-50
  5.1 陶瓷轴承温度场分析的意义  44
  5.2 ANSYS 热分析功能简介  44-45
  5.3 混合陶瓷角接触球轴承热分析  45-49
    5.3.1 混合陶瓷角接触球轴承的热源计算  45
    5.3.2 热分析有限元模型的建立  45-47
    5.3.3 混合陶瓷球轴承热分析结论  47-49
  5.5 本章小结  49-50
第6章结论  50-51
参考文献  51-54
致谢  54-55
攻读硕士学位期间的研究成果  55

高速陶瓷球轴承有限元分析与优化设计

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