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《天津大学》 2004年
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基于ANSYS的混合陶瓷球轴承接触分析与试验研究

张文轩  
【摘要】:本文对球轴承中的接触问题进行了全面的分析,总结了国内外接触问题有限元分析的研究现状及发展趋势,指出了适合于轴承设计的接触问题有限元分析方法,为陶瓷球轴承设计奠定了基础。 轴承中球与沟道的接触情况比较复杂,传统赫兹理论在求解接触应力分布和摩擦时,对接触曲面和应力分布及摩擦力矩求解时存在不一致性和误差。用有限元法分析接触问题虽然是一种较精确的方法,但以往对轴承进行有限元分析时,大多采用简化的二维模型,对于更准确的三维模型的简化情况及边界条件缺乏准确的认识。本文从最基本的球面-平面接触问题入手,在对模型简化及边界条件进行一定假设的基础上,采用三维有限元法,借助有限元分析软件对模型进行精确求解。同时通过传统赫兹接触理论和试验对其进行验证,间接证明了有限元分析模型的合理性及有限元分析方法的可靠性。 在球面-平面接触问题分析的基础上,借鉴其有限元模型简化及边界条件,以推力型球轴承为例,对较复杂的球面-曲面接触问题进行了分析。通过推力型球轴承轴向加载试验获得载荷与轴承轴向接触变形的变化规律,结合计算机模拟确定了多点接触的边界条件,验证了复杂有限元分析模型的正确性。 本文还以全尺寸角接触混合陶瓷球轴承为例,指出了复杂有限元分析模型的建模方法,并在考虑预载的情况下,对角接触混合陶瓷球轴承的有限元分析进行了初探。
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