轴承动态服役过程的有限元仿真

【摘要】圆柱滚子轴承作为一种重要的机械传动部件,广泛地用于各种旋转机械中。随着机械工业的不断发展,对它的转速、载荷、寿命以及设计等方面提出了更高的要求。因此,为了满足新一代先进机械装备研制的需要,对轴承进行仿真分析显得十分必要。滚动轴承动态服役过程的有限元仿真是综合了多体接触、滑动、摩擦、几何非线性、材料非线性、边界非线性的复杂问题。本文以有限元软件ABAQUS为分析平台,按照由易入难、由单一到复杂的研究思路进行研究。先使用ABAQUS/Explicit实现圆柱滚子压痕实验接触问题和圆盘高速旋转离心应力的有限元分析,并分别用Hertz弹性理论和圆盘离心应力解析方法验证了两者有限元分析中网格、载荷、边界条件的正确性,为建立圆柱滚子轴承三维动态有限元模型提供技术基础。然后在考虑离心力和摩擦力的作用下按照建模顺序依次建立圆柱滚子轴承的几何模型、实现合理的网格划分,根据实际情况赋予材料属性、定义接触、设定边界条件和载荷,进行求解得到仿真结果。对滚子和内外圈各自的角速度、角位移、径向位移曲线进行分析,确定了圆柱滚子轴承动态服役的有限元仿真中网格、载荷、边界条件的正确性。对滚子和内外圈之间的接触应力和它们各自的Mises应力分析,获得了滚动轴承在动态服役过程中比较直观、定量的分析数据。结果表明：滚子与套圈接触区域的接触应力较大,且受载滚动体比非受载滚动体接触应力大,滚子端部在轴承运动中发生了应力集中现象。动态服役过程中,轴承各部件上最大应力在时间历程上存在突变,滚子的最大等效应力最大,内圈次之,外圈最小。本研究为实现圆柱滚子轴承在实际服役工况下多物理场耦合仿真打下了良好的基础。
【作者】刘杨；
【导师】李旭东；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】滚动轴承；有限元；接触；高速旋转；动态仿真；

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