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混合陶瓷角接触球轴承的有限元动态模拟及旋滚比分析

李海燕  
【摘要】: 相对于传统的钢制轴承,混合陶瓷轴承有很大的优势,尤其在各种高温、高速等苛刻环境中有广阔的应用前景。但是由于陶瓷球轴承所具有的一些特殊性,常规设计已不能充分发挥陶瓷轴承的优越性。根据陶瓷材料的物理和机械性能以及其材料性能分散度较大等特点,本文将有限元分析方法应用于混合陶瓷球轴承的设计与优化,对角接触球轴承的有限元动态模拟与旋滚比分析进行了深入的分析与研究。 本文首先应用有限元软件ABAQUS对高速运转情况下的角接触球轴承进行了拟静力分析。考虑惯性载荷的影响,研究了角接触球轴承在高速运转时的受力情况,将稳定运转状态转化成拟静力状态进行模拟,对模型进行了合理简化,局部细化网格,将有限元分析结果中有理论参考的物理量与理论值进行对比,验证了有限元分析方法的可行性。 在局部拟静力分析基础上,将角接触球轴承的分析过渡到动态模拟。在ABAQUS中建立了轴承的整体模型,加入摩擦、惯性载荷、保持架等影响因素,在更加贴近工况的条件下模拟轴承的高速运转;从有限元结果中输出保持架的转速以及滚动体的运动轨迹,分析轴承的运动规律;同时将数据导出,通过后处理利用MatLab计算出滚动体自转速度随时间的变化规律,进一步分离出滚动体相对于内外套圈的滚动和自旋;对不同转速进行模拟,得出滚动体的旋滚比随转速变化的趋势,验证了套圈理论假设的合理性,为更精确的滚动体运动分析奠定基础。 本文探索了稳态运转条件下轴承的拟静力分析方法,将轴承的有限元分析从静态过渡到了动态模拟,不仅为后续的陶瓷球轴承设计提供了依据,而且对工况条件下陶瓷球轴承的计算机有限元模拟仿真分析有着重要的参考价值。


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