短时过载下圆柱滚子轴承动态特性分析

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1、分类号UDC密级编号硕士学位论文短时过载下圆柱滚子轴承动态特性分析DynamicCharactersAnalysisofCylindricalRollerBearingunderShort-timeOverloadCondition学位申请人：李影指导教师：邓四二教授倪艳光副教授一级学科：机械工程二级学科：机械设计及理论学位类别：工学硕士2015年05月独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下完成的研究工作及取得的研究成果。据我所知，文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河南科技大学或其它教育机构的其他学位或证书而使用

2、过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：摘要摘要在火箭发动机、舵机驱动等航天器运行中，滚动轴承会出现短时间内工作载荷超过额定静载荷数倍的过载情况，其内部较高的应力状态对轴承寿命有着重大的影响。在这种短时过载条件下，滚动体与内、外圈滚道接触部分的局部材料将发生塑性变形，轴承接触力和变形处于一种弹塑性非赫兹接触状态，滚动体载荷的反复作用将导致塑性变形的损伤累积，在设计此类轴承时需要考虑循环弹塑性应变导致的低周疲劳问题，但目前还没有形成通用的设计理论。本文针对航天轴承的过载工况，以圆柱滚子轴承为研究对象，分析圆柱滚子轴承

3、在这种特殊工况下的动态性能，旨在为典型短时过载工况下的轴承性能分析提供理论依据，为该类轴承的工程优化设计提供技术支持。本文采用数值分析法，对短时过载工况下圆柱滚子轴承进行动态性能分析。利用有限元分析软件ANSYS和ANSYS/LS-DYNA建立圆柱滚子轴承非线性弹塑性接触有限元模型，研究分析短时过载下圆柱滚子轴承在不同过载系数k(轴承径向载荷与额定静载荷之比)和转速对轴承弹塑性接触应力应变分布、轴承振动特性以及保持架打滑率的影响；并在弹塑性力学和赫兹接触理论的基础上，推导了圆柱滚子轴承非线接触弹塑性应力应变的计算公式。研究结果表明：过载工况下滚子端部会出现明显的应力集中，滚子最大切

4、应力的深度随着过载系数的增大而增加；轴承各部件的最大塑性变形量随过载系数的增加，均呈非线性增加趋势，且在轴承运行过程中，轴承塑性变形量具有“累积效应”；在过载工况下，轴承振动主要受到轴承塑性变形量的影响，塑性变形量越大轴承振动越剧烈；当过载系数大于1.5时，过载系数对保持架打滑率影响很小，保持架打滑率基本为0；此外，过载条件下轴承转速对轴承的塑性变形量、振动及保持架打滑率均有较大的影响，为保证过载条件下轴承具有较好的动态特性，轴承转速应n3000r/min。对过载轴承进行静压试验后测量其最大塑性变形量，并在S0910-A型轴承振动测量仪上完成了振动试验，将试验结果与理论计算结果以

5、及数值计算结果进行对比分析，结果表明：弹塑性应力应变计算公式适用于低过载下圆柱滚子轴承塑性变形量的计算，高过载工况下数值分析法计算的轴承塑性变形量更为准确。关键词：圆柱滚子轴承；短时过载；弹塑性变形；有限元论文类型：应用基础研究IABSTRACTABSTRACTOverloadconditionsthattheworkingloadsisseveraltimesovertheratedstaticloadinashorttimeisusuallyhappensinspacebearings,suchasrocketengineandsteeringenginedrive.Thein

6、ternalhighstresshasgreatinfluenceonspacebearingservicelife.Undershort-timeoverloadcondition,thecontactareabetweentherollingelementandracewayisgoingtoproduceplasticdeformation.Thebearingcontactforceanddeformationlieinanelastic-plasticnon-hertzcontact.Thereciprocalactionofrollingelementswillresu

7、ltinadamageaccumulationofplasticdeformation.Hence,thelow-cyclefatigueproblemcausedbycycleelastic-plasticstrainshouldbetakenintoconsiderationwhendesigningthiskindofbearing.Aimingatoverloadcharacteristicsofspacebearings,basedonthecylindri