大型回转轴承的承载性能分析

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1、万方数据第24卷第2期2008年4月机械设计与研究MachineDesignandResearchV01．24No．2Apr．，2008文章编号：1006-2343(2008)02-082-05大型回转轴承的承载性能分析郑兰疆。李彦。(四川大学制造科学与工程学院，成都赵武杨丕珠610065，E-mail：zljkobe@sohu．corn)摘要：针对大型回转轴承的设计计算，在赫兹(Hertz)接触力学的基础上，推导了具有初始接触角的球轴承受倾覆力矩作用的解析公式，研究了运用有限元分析软件在进行轴承接触分析时的网格划分标准和单元关键字设置原则。结合某风电变

2、浆回转轴承的实例，综合运用理论计算和有限元法，实现了对大型回转轴承的倾覆力矩、最大应力和滚予变形等参数的分析计算。关键词：回转轴承；接触分析；网格；有限元分析中图分类号：THl33．330343．3文献标识码：AAnalysisofLoadCapacityforSlewingBearingZHENGLan-jiang，LIYan，ZHAOWu，YANGPi—zhu(SchoolofManufacturingScienceandEngineering，SichuanUniversity，SichuanChengdu610065，China)Abstract

3、：BasedoffthecontactmechanicstheoryofHertz，fortheslewingbearingcalculation．aanalyticalfor-mulaabouttheintluencemomentofballbearingwithinitialcontactangleispresented．Thispaperhasstadiedthemeshstandardsandtheprincionofsettingkeyoptsduringusingthefiniteelementanalysis(FEA)softwaretos

4、olvethebear-ingcontactproblem．Combiningaconcrete“ndturbinebearing．boththeanalyticalformulaandtheFEAareusedforanalytingandcalculatingtheparametersofmoment，maximumstressandcorrespondingballdeformation．Keywords：slewingbearing，contactanalysis，gridding，finiteelementanalysis．回转轴承是近30年发

5、展起来的新型机器部件，被广泛运用于诸如坦克、起重机和风电变浆等大型机械装置中，其设计标准是保证其静载荷的承载能力¨-3]。近些年来，国外已有较多学者致力于回转轴承的研究工作【1qJ，取得一定的成果。国内对回转轴承的研究主要集中在基于经验公式的数值计算H。J，这样导致许多设计为了满足预定的要求，就不得不大大增加设计的安全系数，从而造成了材料的浪费和装置的笨重，同时也增加了产品的成本。国外，有限元法(FiniteElementMethod)已成为轴承设计过程中必不可少的重要环节，文献[8，9]都利用有限元分析软件对标准轴承进行了分析计算，获得了相当理想的结果

6、。但是，回转轴承不同于普通轴承，它同时承受径向力、轴向力和倾覆力矩的作用，且其尺寸很大，这将给利用有限元分析软件直接进行其整体分析计算带来如下困难：①模型较大，滚动体数量较多，网格划分时将产生大量的单元，对机器的硬件提出了较高要求。②大量的接触对单元给非线性计算的收敛性带来了困难。③同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩的作用，在有限元分析软件中同时将这些载荷进行加载并不能准确的控制载荷的方向。因此，下面首先推导了弯矩对带初始接触角的滚球回转轴承作用的通用解析公式，通过该公式的计算可将弯矩等效基金项目：四川省应用基础研究计划资助项目(04JY029—003)收

7、稿日期：2007—11—09为改变各滚球的接触角和各滚球接触处的法向载荷两部分，并开发了相应软件进行计算，然后研究并给出了有限元分析软件在进行此类接触计算时的网格划分标准和单元关键字(KEY0m)设置原则。最后，以某风电变浆回转轴承为例，将推导公式的计算结果和径向、轴向力综合起来，利用参数化设计语言(APDL)建立有限元模型，对该风电轴承的静载荷承载性能进行分析计算。1倾覆力矩对回转轴承作用解析公式的推导回转轴承的实际接触角对其承载性能的影响较大口J，而普通轴承受倾覆力矩较小，因此关于轴承受倾覆力矩影响的研究较少，文献[10]仅仅对初始接触角为O。这一特

8、殊情况下，球轴承受弯矩作用的解析公式进行了推导，但是对于回转轴承其倾覆力矩是所受