混合陶瓷角接触球轴承接触应力的有限元分析

论文摘要

相比于传统的金属球轴承,混合陶瓷球轴承有很大的优势,尤其在各种高温、高速等苛刻环境中有着广阔的发展前景。但是陶瓷材料的物理和机械性能与金属材料相比存在着较大的差异,因此不能简单沿用传统的金属球轴承的经验公式。要想充分发挥陶瓷轴承的优势,必须研究适合陶瓷球轴承的设计理论和方法。接触问题分析,即接触应力和应变的计算,是混合陶瓷球轴承分析的基础。本文将有限元方法应用于混合陶瓷角接触球轴承的接触问题分析中,介绍了ABAQUS有限元分析软件求解接触问题的流程以及解决接触问题的方法,对比了ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard两种算法的不同。以混合陶瓷角接触球轴承的简化模型为研究对象,借助于ABAQUS有限元分析软件,研究了模型的载荷和边界条件的施加方式,将有限元分析结果与Hertz理论值进行对比,证明了有限元仿真用于球轴承静态接触分析的可行性。分析了轴向负荷下轴承的接触角、表面最大接触应力以及接触面积与模型网格划分的关系,结果表明,随着网格的细化,这些物理量的有限元仿真值逐渐趋近于理论值。分析了轴承的接触负荷、表面最大接触应力、轴向位移、法向位移、接触角以及接触面积等物理量随不同的内外圈沟曲率半径系数f、初始接触角α0和轴向载荷Fa的变化规律,为选择轴承合适的内部结构参数和工况条件提供了一定的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 混合陶瓷轴承的特点和应用
• 1.1.1 研究混合陶瓷球轴承的必要性
• 1.1.2 陶瓷球轴承的性能
• 1.2 接触问题及有限元方法概述
• 1.2.1 接触问题简介
• 1.2.2 有限元方法简介
• 1.2.3 陶瓷轴承接触问题中有限元法的应用
• 1.3 陶瓷球轴承的发展现状
• 1.3.1 陶瓷球轴承的国内外发展现状
• 1.3.2 滚动轴承系统仿真技术的发展现状
• 1.4 课题的提出及主要研究内容
• 1.4.1 陶瓷球轴承设计中面临的问题
• 1.4.2 论文主要研究内容
• 第二章 ABAQUS 有限元软件在轴承分析中的应用
• 2.1 ABAQUS 有限元软件概述
• 2.1.1 ABAQUS 有限元软件简介
• 2.1.2 ABAQUS 有限元软件在机械行业中的应用
• 2.2 ABAQUS 的主要模块和基本分析步骤
• 2.2.1 ABAQUS 的主要模块
• 2.2.2 ABAQUS 的基本分析步骤
• 2.3 ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit 的对比
• 2.4 本章小结
• 第三章 角接触球轴承的静态分析
• 3.1 角接触球轴承在轴向负荷下的Hertz 理论解
• 3.2 接触问题的ABAQUS 有限元仿真
• 3.2.1 对角接触球轴承模型的假设
• 3.2.2 角接触球轴承有限元简化模型的建立
• 3.3 有限元结果处理
• 3.4 本章小结
• 第四章 轴承内部结构参数及工况对性能的影响
• 4.1 ABAQUS/Standard 的使用
• 4.1.1 使用ABAQUS/Standard 需要注意的地方
• 4.1.2 ABAQUS/Explicit 和ABAQUS/Standard 的结果对比
• 4.2 轴承内部结构参数对性能的影响
• 4.2.1 沟曲率半径系数的影响
• 4.2.2 初始接触角的影响
• 4.3 轴向载荷的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢