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椭圆滚道反转展转支承力学功能剖析

公布工夫:2014-8-14 8:44:50                  点击次数:4182 次

椭圆滚道反转展转支承力学功能剖析

1 弁言

     反转展转支承是统统两部门之间需作绝对转动,又需同时蒙受轴向载荷、颠覆力矩和径向载荷的机器必需的紧张传力元件。随着主机行业的敏捷生长,反转展转支承失掉了遍及的使用。怎样有用的进步反转展转支承的承载本领,成为了各消费厂家最存眷的题目,也是浩繁学者们研讨的热门题目之一。为了进步反转展转支承的承载本领,顺应市场需求,马鞍山统力反转展转支承无限公司乐成研制出了椭圆滚道的单排球式反转展转支承产物,并于2006年03月30日请求了国度创造专利。该反转展转支承重要特点是将单排球式反转展转支承的滚道型式改为椭圆形,别的参数与圆形滚道反转展转支承雷同。椭圆滚道的长半轴、短半轴参数可以凭据钢球曲率半径、滚道与钢球打仗点的曲率半径和打仗角盘算出。其简图如图1所示。

    在低速重载下事情的反转展转支承[1],由于尺寸较大,转动体与内、圈的打仗变形加大,滚道体的打仗形态庞大,经过传统的赫兹打仗实际盘算很难过到整个应力场的漫衍环境。接纳无限要领,使用盘算软件对其力学功能举行剖析研讨是一种较为抱负的要领,现在还没有研讨职员经过创建反转展转支承团体的无限元模子举行过研讨。因而,本文使用功效强盛的ANSYS软件,对同种型号的椭圆滚道和圆形滚道单排球式反转展转支承辨别创建了团体的无限模子,举行了力学功能盘算与剖析,为以后反转展转支承的设计和优化提供参考根据。

2 剖析盘算历程

2.1无限元模子的创建

      使用三维CAD软件,严酷根据图纸尺寸和《中华人民共和国机器行业标JB/T2300-1999》辨别创建了型号为010.20.200的椭圆滚道和圆形滚道反转展转支承的三维实体模子,以包管模子布局切合真实的外形、尺寸及部署,小球个数为24个。在不影响反转展转支承布局、刚度真实性的条件下,创建三维实体模子时,对某些部位做得当的简化,如不思量密封圈的影响等,模子如图2所示。将创建好的实体模子导入ANSYS情况中,选用solid45单位举行网格分别,为使盘算结果越发牢靠并思量到盘算范围对盘算机的要求,对网格做如下处置惩罚[2]:将小球分红表里两部门,与滚道打仗的部门接纳六面体网格分别,球体外部接纳四面体网格分别,并对表里圈与转动体打仗部位网格分别举行人工干涉,接纳手动网格分别技能,举行了网格细化步伐处置惩罚,保正打仗地区的网格密度可以或许满意盘算精度的要求,无限元模子如图3所示。界说弹性模量为2.1*1011Pa,泊松比μ=0.3 。

              

     运用ANSYS的面-面打仗题目剖析功效,确定为柔体-柔体打仗,以内、外圈滚道外貌作为目的面,滚道体外貌作为打仗面。打仗单位范例选为CONTA174,目的单位范例选为TARGE170,共创建了48个打仗对,如许可以有用的模仿转动体与内、圈的打仗举动。

2.2 施加束缚及载荷

     对应反转展转支承差别的安置要领,在施加束缚时,可以对内圈内外貌施加全束缚,也可以对外圈表面面施加全束缚,本文中接纳第一种束缚要领。
     反转展转支承在利用历程中,所蒙受的作用力包罗总轴向力 、总颠覆力矩 以及在力矩作用立体内的总径向力 ,  对付差别的使用场所,由于主机的事情方法及布局情势差别,上述三种载荷的作用组合环境将会有所变革,但大少数反转展转支承在现实使用中总径向力 很小(每每小于0.1 ),以是反转展转支承重要蒙受轴向力和颠覆力矩。本文中选取了《中华人民共和国机器行业标JB/T2300-1999》中的010.20.200型反转展转支承承载本领曲线举行了盘算剖析,即研讨反转展转支承在最大轴向载荷和最大颠覆力矩作用下的机器应力,故加载时取Fa=55*104N 和M=2.3*104N·m 。所施加的束缚及载荷如图4所示。
                     
                                          图4 反转展转支承施加束缚和载荷模子
      对付同种型号的圆形滚道反转展转支承接纳与椭圆滚道反转展转支承雷同的建模要领,创建其无限元盘算模子,并施加与椭圆滚道反转展转支承雷同的束缚和载荷。

3 盘算结果

3.1 轴向载荷盘算结果

     由图5可知,在Fa=55*104N的轴向载荷作用下,最大Mises应力产生在内圈,对椭圆滚道而言最大值为917.8Mpa,圆形滚道的最大值为1309Mpa。
                    
                
                                     图5 轴向载荷作用下的Mises应力云图

 3.2 颠覆力矩盘算结果

     由图6可知,在M=2.3*104N·m的颠覆力矩作用下,最大Mises应力也产生在内圈,对椭圆滚道而言最大值为1062Mpa,圆形滚道的最大值为1387Mpa。
                        
                 

                                     图6 颠覆力矩作用下的Mises应力云图
 
3.3 椭圆滚道与圆形滚道盘算结果比拟

从表1中的数据可以看出,在同种载荷作用下,椭圆滚道反转展转支承的Mises应力比圆形滚道反转展转支承的Mises应力要小,且低落的幅度较大,在28%左右。
表1椭圆滚道与圆形滚道的盘算结果

     应力
载荷
内圈最大mises应力(Mpa)
外圈最大mises应力(Mpa)
椭圆
圆形
降幅
椭圆
圆形
降幅
Fa=55*104N
917.8
1309
29.9%
910.9
1266
28%
M=2.3*104N·m
1062
1387
23.4%
891
1284
30.6%

4 结论

      反转展转支承的生效情势有两种[3],一是滚道破坏,二是断齿,而滚道破坏占的比例达98%以上,评判质料能否孕育发生塑性屈从生效的一个紧张原则便是Mises屈从原则。因而本文偏重剖析盘算了反转展转支承的应力漫衍,失掉了最大Mises应力值,由上述盘算结果可以得出以下结论:
(1)差别滚道外形对反转展转支承的承载本领影响较大,椭圆滚道的Mises应力比圆形滚道的Mises应力要小,也便是说椭圆滚道反转展转支承的承载本领比圆形滚道反转展转支承的承载本领要高。进步的幅度约莫在28%左右。
(2)使用三维无限元软件ANSYS可以或许直观、方便的得到内、外圈等各差别部位的应力漫衍云图,便于越发充实的相识反转展转支承整个布局的应力漫衍环境。为当前进一步片面研讨反转展转支承(尤其是椭圆滚道反转展转支承)的力学功能提供了可信的根据。
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