滚柱轴承离合器参数分析及优化

论文摘要

滚柱轴承离合器是一种新型的摩擦式超越离合器,具有承载能力高、楔紧可靠、寿命长等特点,同时兼有离合器和轴承的功能,可以简化传动结构,故它将成为离合器技术发展新的亮点。滚柱轴承离合器在国外已是成熟的产品,其优良的性能已在实验研究及国外应用中得到了证明。目前,国内对滚柱轴承离合器的实际生产尚未开始。研究滚柱轴承离合器,对于实现滚柱轴承离合器的国产化,对提高我国此类零部件的设计和制造水平,缩短与国外先进水平的差距和提高我国机械技术现代化发展水平具有重要的意义。本文首先用ANSYS有限元分析软件中非线性分析功能重点分析了滚子直径及轴夹角对滚子与内外圈滚道的接触应力的影响,并获得了最大接触应力值的变化规律曲线。其次,利用弹性流体动力润滑和流变学理论对滚柱轴承离合器的润滑脂膜厚度进行了分析,给出了滚柱轴承离合器的润滑脂膜厚度的计算公式,建立了最小润滑脂膜厚度的计算程序并且进行了实例计算,分析了相关参数对脂膜厚度的影响,为滚柱轴承离合器的设计,和在制造精度上进行严格控制,提高其疲劳寿命和润滑脂的选用提供了理论依据,具有重要的理论和工程实用价值。最后,详细阐述了运用现代先进技术开发滚柱轴承离合器的设计方法,以额定动负荷和最小油膜厚度为优化目标函数建立了滚柱轴承离合器的优化设计数学模型,并对参数进行了优化。根据优化的结果用Pro/E软件的参数化建模功能对滚柱轴承离合器建立三维模型,进行运动仿真及干涉检查,验证了所优化的参数的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究情况
• 1.3 本文研究的目的和意义
• 1.4 本文研究的内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 滚柱轴承离合器参数对接触应力影响
• 2.1 结构及工作原理
• 2.2 滚子与内外圈滚道接触应力分析
• 2.3 ANSYS 分析接触应力的可行性
• 2.4 ANSYS 对滚子与滚道接触应力分析
• 2.4.1 建立模型
• 2.4.2 计算单元的选择
• 2.4.3 网格划分
• 2.4.4 定义接触对
• 2.4.5 约束条件、施加载荷与求解
• 2.5 参数对接触应力的影响
• 2.5.1 β角对接触应力的影响
• 2.5.2 滚子直径对接触应力的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 滚柱轴承离合器参数对润滑脂膜厚度的影响
• 3.1 弹性流体动力润滑
• 3.2 润滑脂弹性流体动力润滑
• 3.2.1 润滑脂的流变性
• 3.2.2 润滑脂的流变模型
• 3.2.3 基本方程
• 3.3 润滑脂膜厚度的计算
• 3.3.1 理论计算的转换
• 3.3.2 数值解法
• 3.3.3 计算结果及讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 滚柱轴承离合器的参数优化
• 4.1 优化设计概述
• 4.2 滚柱轴承离合器优化设计
• 4.2.1 优化设计方法的选择
• 4.2.2 优化的目标函数
• 4.2.3 设计变量
• 4.2.4 约束条件
• 4.2.5 惩罚函数及解法说明
• 4.2.6 优化设计程序
• 4.2.7 优化结果及分析
• 第五章 基于Pro/E 的模型建立及运动仿真
• 5.1 Pro/E 参数化建模及仿真简介
• 5.2 零件实体模型的建立
• 5.2.1 内、外圈模型的建立
• 5.2.2 其它零件的模型建立
• 5.3 装配模型的建立
• 5.4 模型仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 存在的问题与工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢
• 个人简介