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《东北大学》 2015年
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采煤机摇臂系统中滚动轴承的力学特性研究

张明晶  
【摘要】:滚动轴承作为机械传动系统的重要组成部分,在各类旋转机械中得到普遍的应用,轴承的运转状态对整个机械系统的性能及工作状态造成直接的影响。轴承的寿命和回转精度与其力学特性有直接的关系,传动系统的精度、可靠性以及振动噪声也会受到轴承力学特性的影响。因此,为了提高滚动轴承在实际工作中的运动精度,减小轴承的振动噪声,了解滚动轴承发生故障时的振动特性等,对滚动轴承的实际工况进行运动学仿真,研究滚动轴承在传动系统中的力学特性,以及分析当轴承结构参数和工况条件改变时,对轴承动力学特性的影响规律。本文基于“深部危险煤层无人采掘装备研究”国家重大课题,在课题无人采煤机截割部摇臂系统中,主要支承部件为圆柱滚子轴承,本文以圆柱滚子轴承NJ222E-M1-C3为例,着重研究其力学特性,对其进行受力分析,刚度求解,静力学仿真分析和动力学仿真分析,并基于ANSYS/LS-DYNA,以一种多体接触动力学方法仿真并分析滚动轴承在特定结构参数和工况条件下的动力学特性。全文的主要研究内容如下:(1)对采煤机摇臂系统中的动力传递轴进行受力分析,得到轴承的转速和最大径向载荷,作为本文理论分析和仿真分析的基本工况条件。(2)基于Hertz接触理论用不同的方法对圆柱滚子轴承进行接触变形以及静接触刚度的求解计算,得到轴承在径向载荷作用下其内部应力分布和接触变形情况。(3)利用ANSYS软件,对滚动轴承进行静力学仿真。基于滚动轴承的几何学关系建立其三维有限元模型,结合课题背景的工况条件施加载荷和转速,实现对圆柱滚子轴承NJ222E-M1-C3的静力学仿真,对于仿真得出的最大径向变形量与理论推导结果进行对比验证,验证仿真的有效性并选择相对准确的轴承径向变形量理论求解方法。(4)利用ANSYS中LS-DYNA显式动力学模块实现圆柱滚子轴承的动力学仿真,得到其在不同时刻的等效应力云图。并进一步研究当轴承的结构参数和工况条件改变时对其动力学特性的影响。分析轴承各部件位移、速度、加速度、应力、接触力以及载荷分布的变化规律,从而为轴承的选择提供了一种可靠的理论依据,也为整个摇臂系统的动力学分析和可靠性灵敏度的研究提供一定的技术基础。综上,在国内外学者研究的基础上,本文对滚动轴承进行受力分析、刚度求解、静力学、动力学有限元仿真等研究。研究结果表明,本文推导的轴承的力学特性在误差范围内是可以接受的,基于ANSYS/LS-DYNA对滚动轴承进行力学仿真有效可行,具备一定的理论意义和工程使用价值。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD421.6;TH133.33

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