圓柱滾子軸承承載性能分析及軸系精度研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文圓柱滾子軸承承載性能分析及軸系精度研究圓柱滾子軸承承載性能分析及軸系精度研究AnalysisofLoadPropertiesofCylindricalRollerBearingResearchonShaftingAccuracy作者姓名：簡伯臣學(xué)科、專業(yè)：機械設(shè)計及理論學(xué)號：21404145指導(dǎo)教師：董惠敏完成日期：2017年4月大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘

2、要滾動軸承支承的傳動軸系廣泛應(yīng)用于高精密的機械儀器設(shè)備中，軸系的旋轉(zhuǎn)精度往往決定了機械系統(tǒng)的整體精度。因此，研究滾動軸承支承的精密軸系的旋轉(zhuǎn)精度顯得尤為重要。本文以圓柱滾子軸承為對象，考慮軸承元件幾何誤差和潤滑的影響，建立軸承五自由度準(zhǔn)動態(tài)模型，分析了軸承的承載性能，建立了軸系旋轉(zhuǎn)精度模型，完成了軸系旋轉(zhuǎn)精度影響因素分析，并按軸系旋轉(zhuǎn)精度要求，完成軸承的布置優(yōu)化。主要內(nèi)容如下：（1）簡述滾子軸承的結(jié)構(gòu)特點、赫茲線接觸理論和套圈滾道控制理

3、論。采用傅里葉級數(shù)表示內(nèi)外圈滾道幾何誤差。簡述彈性流體動力潤滑在高速軸承中的應(yīng)用。考慮軸承元件幾何誤差、彈流潤滑和動力載荷，計及內(nèi)圈傾斜的影響，建立軸承五自由度準(zhǔn)動態(tài)模型，采用切片法計算滾子與滾道的接觸力，采用牛頓拉普森算法進(jìn)行求解，分析了軸承的承載性能。應(yīng)用ANSYS建立軸承有限元模型，計算結(jié)果與理論結(jié)果基本一致。（2）以圓柱滾子軸承五自由度準(zhǔn)動態(tài)模型為基礎(chǔ)，建立二軸承柔性軸系旋轉(zhuǎn)精度分析模型，數(shù)值計算得到兩端軸承載荷分配情況以及內(nèi)部

4、載荷分布。采用有限元梁單元等效軸系，運用剛度疊加理論，將軸承剛度矩陣引入到系統(tǒng)整體剛度矩陣，進(jìn)行矩陣分析和計算，得到轉(zhuǎn)軸上任意點的旋轉(zhuǎn)精度值。采用Kissoft軟件驗證了梁單元等效光軸和空心軸的準(zhǔn)確性。（3）考慮軸承內(nèi)圈柔性，建立柔性套圈軸承軸系計算模型，對比分析了剛性和柔性內(nèi)圈條件下滾子直徑誤差、內(nèi)外圈滾道誤差、徑向游隙、滾子個數(shù)與預(yù)緊、轉(zhuǎn)速和載荷對軸系旋轉(zhuǎn)精度的影響。結(jié)果表明：剛性條件下，存在相鄰排列的誤差滾子時，跳動量及最大位移與

5、排列無關(guān)；柔性條件下，誤差滾子應(yīng)盡可能的錯開，有利于提高旋轉(zhuǎn)精度。隨著內(nèi)圈誤差階次增大，滾子個數(shù)與外圈誤差階次滿足特定關(guān)系時，有利于旋轉(zhuǎn)精度。誤差階次較高時，增加滾子個數(shù)可以有效提高旋轉(zhuǎn)精度。特定預(yù)緊下，最大位移隨徑向力呈近似線性變化。柔性條件下，轉(zhuǎn)速對旋轉(zhuǎn)精度影響較小。柔性條件下的軸向跳動量比剛性條件敏感，剛性條件下的徑向跳動量比柔性條件敏感。（4）最后，基于上述研究基礎(chǔ)，以軸承壽命和軸系旋轉(zhuǎn)精度為目標(biāo)，編制求解程序，優(yōu)化軸承布置，為