發(fā)布時(shí)間：2020-06-08 06:39

【摘要】：高速化是機(jī)械產(chǎn)品重要發(fā)展方向之一。而實(shí)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(yùn)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(lái)大量軸承試驗(yàn)建立了一系列經(jīng)驗(yàn)公式,這些經(jīng)驗(yàn)公式不能很好的適應(yīng)材料和高速工況的變化。另外,針對(duì)鋼球軸承的常規(guī)設(shè)計(jì)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(jì)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(chǎng)。然后用二維插值法簡(jiǎn)化疲勞壽命的計(jì)算。 接著用有限元法仿真高速混合陶瓷球軸承運(yùn)轉(zhuǎn),獲取計(jì)算軸承摩擦功率所需的動(dòng)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(duì)軸承進(jìn)行熱分析。結(jié)果顯示,軸向載荷和內(nèi)圈轉(zhuǎn)速對(duì)球在內(nèi)圈自旋摩擦功率影響顯著,而對(duì)球在外圈自旋摩擦功率和球在外圈差速滑動(dòng)摩擦功率影響不大。軸向載荷和內(nèi)圈轉(zhuǎn)速對(duì)內(nèi)圈和球的溫升影響顯著,而對(duì)外圈影響不大。 然后建立高速混合陶瓷球軸承多目標(biāo)優(yōu)化模型,針對(duì)高速混合陶瓷球軸承的特點(diǎn),選取疲勞壽命、自旋摩擦功率和軸向剛度等作為目標(biāo)函數(shù)。針對(duì)混合陶瓷球軸承的三個(gè)目標(biāo)函數(shù)都是隱函數(shù)的特點(diǎn),采用非劣排序遺傳算法-II求解混合陶瓷球軸承多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。在優(yōu)化過(guò)程中,采用自適應(yīng)賦初值法解決了擬動(dòng)力學(xué)程序里不同非線性方程組求解時(shí)的賦初值難問(wèn)題。 最后以四種型號(hào)混合陶瓷球軸承為算例,分析多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果中的Pareto最優(yōu)前端、優(yōu)化解集中各設(shè)計(jì)變量的分布規(guī)律。對(duì)比分析鋼球軸承的當(dāng)前設(shè)計(jì)、陶瓷球軸承的當(dāng)前設(shè)計(jì)和陶瓷球軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)隨工況的變化規(guī)律。結(jié)果顯示,當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與當(dāng)前設(shè)計(jì)的額定壽命相等時(shí),優(yōu)化設(shè)計(jì)的自旋摩擦功率約等于或略小于當(dāng)前設(shè)計(jì)。當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與當(dāng)前設(shè)計(jì)的自旋摩擦功率相等時(shí),優(yōu)化設(shè)計(jì)的額定壽命大于或約等于當(dāng)前設(shè)計(jì)。四種型號(hào)軸承所有優(yōu)化設(shè)計(jì)的軸向剛度均優(yōu)于(大于)當(dāng)前設(shè)計(jì)。
【圖文】：

小的計(jì)算代價(jià)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(lèi)型為 C3D8I。值得注意的是使用非協(xié)調(diào)單元時(shí)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(jì)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(lèi)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

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本文編號(hào)：2702692