陶瓷球軸承力學性能仿真分析.pdf

1、本文以陶瓷球滾動軸承為對象,研究了靜力學和動力學方面的性能,為軸承的設計、制造和使用打下理論基礎。軸承中球與溝道的接觸情況比較復雜,傳統(tǒng)赫茲理論在求解接觸應力分布和摩擦時,對接觸曲面和應力分布及摩擦力矩求解時存在不一致性和誤差。赫茲公式和有限元法的計算相比,赫茲公式計算簡便、結(jié)果精確,但適用范圍受零件的外形的制約;有限元法分析過程較為繁瑣,但計算結(jié)果準確,且不受零件外形制約,適用范圍廣泛。用有限元法分析接觸問題雖然是一種較精確的方法,但

2、以往對軸承進行有限元分析時,大多采用簡化的二維模型,對于更準確的三維模型的簡化情況及邊界條件缺乏準確的認識。本文在對模型簡化及邊界條件進行一定假設的基礎上,采用三維有限元法,借助有限元分析軟件對模型進行精確求解。同時通過傳統(tǒng)赫茲接觸理論和已有的實驗數(shù)據(jù)對其進行驗證,間接證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。研究陶瓷球軸承的靜態(tài)性能時,本文主要在Hertz接觸理論的基礎上采用擬動力學方法,研究了軸向和徑向載荷作用下滾動軸承

3、的承載和變形特性。同時在ANSYS/LS-DYNA中建立了陶瓷球軸承的實物模型與有限元模型,實現(xiàn)了陶瓷球軸承的試算與相關參數(shù)的顯式運動學仿真‘,分析了陶瓷球軸承運動過程中的轉(zhuǎn)速、載荷、時間與應力、應變、加速度、載荷、振動之間的關系,結(jié)果表明,與已有的滾動軸承運動的理論和實際情況基本吻合。最后以額定靜載荷為目標函數(shù)建立數(shù)學模型,運用MATLAB對陶瓷球軸承直徑Dw,球數(shù)Z,內(nèi)外溝曲率半徑系數(shù)fi和fe進行優(yōu)化設計。不同工況下的仿真分析為陶