發(fā)布時間：2020-06-08 06:39

【摘要】：高速化是機械產(chǎn)品重要發(fā)展方向之一。而實現(xiàn)高速化的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件之一就是高速球軸承。在高速工況下,球快速增加的離心力和摩擦生熱極大的限制了鋼球軸承的最高轉(zhuǎn)速�；旌咸沾汕蜉S承(用氮化硅陶瓷球替代鋼球)則能突破該限制。 陶瓷與鋼的材料性能相差懸殊,混合陶瓷球軸承和鋼球軸承在高速工況下的運轉(zhuǎn)性能差異很大,常規(guī)疲勞壽命和熱分析方法基于多年來大量軸承試驗建立了一系列經(jīng)驗公式,這些經(jīng)驗公式不能很好的適應(yīng)材料和高速工況的變化。另外,針對鋼球軸承的常規(guī)設(shè)計已不能充分發(fā)揮出陶瓷球軸承的優(yōu)越性。 本文首先將Ioannides-Harris理論應(yīng)用于高速混合陶瓷球軸承疲勞壽命的計算中。用有限元法中的子模型技術(shù)精確求解Ioannides-Harris理論所需的球-滾道接觸表面及次表面應(yīng)力場。然后用二維插值法簡化疲勞壽命的計算。 接著用有限元法仿真高速混合陶瓷球軸承運轉(zhuǎn),獲取計算軸承摩擦功率所需的動力學(xué)參數(shù)(包括球與內(nèi)外圈接觸載荷、接觸角、自旋角速度等)。將這些摩擦功率作為熱源加載于軸承溫升有限元模型對軸承進行熱分析。結(jié)果顯示,軸向載荷和內(nèi)圈轉(zhuǎn)速對球在內(nèi)圈自旋摩擦功率影響顯著,而對球在外圈自旋摩擦功率和球在外圈差速滑動摩擦功率影響不大。軸向載荷和內(nèi)圈轉(zhuǎn)速對內(nèi)圈和球的溫升影響顯著,而對外圈影響不大。 然后建立高速混合陶瓷球軸承多目標優(yōu)化模型,針對高速混合陶瓷球軸承的特點,選取疲勞壽命、自旋摩擦功率和軸向剛度等作為目標函數(shù)。針對混合陶瓷球軸承的三個目標函數(shù)都是隱函數(shù)的特點,采用非劣排序遺傳算法-II求解混合陶瓷球軸承多目標優(yōu)化問題。在優(yōu)化過程中,采用自適應(yīng)賦初值法解決了擬動力學(xué)程序里不同非線性方程組求解時的賦初值難問題。 最后以四種型號混合陶瓷球軸承為算例,分析多目標優(yōu)化結(jié)果中的Pareto最優(yōu)前端、優(yōu)化解集中各設(shè)計變量的分布規(guī)律。對比分析鋼球軸承的當前設(shè)計、陶瓷球軸承的當前設(shè)計和陶瓷球軸承優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)隨工況的變化規(guī)律。結(jié)果顯示,當優(yōu)化設(shè)計與當前設(shè)計的額定壽命相等時,優(yōu)化設(shè)計的自旋摩擦功率約等于或略小于當前設(shè)計。當優(yōu)化設(shè)計與當前設(shè)計的自旋摩擦功率相等時,優(yōu)化設(shè)計的額定壽命大于或約等于當前設(shè)計。四種型號軸承所有優(yōu)化設(shè)計的軸向剛度均優(yōu)于(大于)當前設(shè)計。
【圖文】：

小的計算代價獲得比選用 C3D8R 單元更精確的應(yīng)力仿真結(jié)果，因而只定義接觸局部區(qū)域單元類型為 C3D8I。值得注意的是使用非協(xié)調(diào)單元時需使單元內(nèi)夾角盡可能接近直角，，這樣有助于獲取高的計算精度。圖2-3為劃分網(wǎng)格后模型示意圖。圖 2-3 球-滾道接觸模型網(wǎng)格及其局部放大XZ

創(chuàng)建與定義類型為子模型（Submodel）的邊界條件
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH133.3

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 薛繼瑞,張偉儒,王重海;混合式陶瓷軸承的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];硅酸鹽通報;2002年06期

2 楊咸啟;軸承系統(tǒng)溫度場分析[J];軸承;1997年03期

3 楊咸啟;用邊界元法分析滾動軸承熱傳導(dǎo)[J];軸承;1990年04期

4 張迅雷，邵鳳常，曹誠梓;角接觸球軸承額定動載荷與剛度雙目標函數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J];軸承;1995年07期

5 杜迎輝 ,邱明 ,蔣興奇 ,馬家駒;高速精密角接觸球軸承剛度計算[J];軸承;2001年11期

6 周井玲;吳國慶;丁錦宏;劉春浩;陳曉陽;;軸承用球三點接觸純滾動接觸疲勞壽命試驗機[J];軸承;2006年06期

7 徐強,任成祖,陳錦江;混合陶瓷球軸承接觸曲面及接觸應(yīng)力的三維有限元分析[J];機床與液壓;2003年02期

8 何曉亮,熊萬里,黃紅武;高速精密主軸軸承熱特性的計算及分析[J];機械;2003年06期

9 周井玲,朱禮進,陳曉陽,張培志,劉學(xué)建;三點接觸純滾動軸承球的強化接觸疲勞壽命試驗機設(shè)計[J];中國機械工程;2004年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 周井玲;氮化硅陶瓷球的滾動接觸疲勞壽命研究[D];上海大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張永乾;陶瓷球軸承制造技術(shù)及失效分析[D];合肥工業(yè)大學(xué);2004年

2 王玉金;高速機床主軸用陶瓷軸承動態(tài)性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2004年

本文編號：2702692