摘 要

回转支承或者可被称为大型转盘轴承，是一种关键的机械零部件，它可被视为一种大型的滚动轴承。 回转支承具有连接两具有相对回转运动机械部件的作用，是大多数大型机械产品上必不可少的部件。三排柱式回转支承是一类典型的回转支承，它能承受较大的外部载荷。本文以三排柱回转支承为载体，研究它在正常工况下的承载能力。

对其承载性能的研究，实际上是研究滚子和滚道的接触应力场问题。接触问题是一种高度的非线性问题，本篇文章以赫兹接触解析算法和有限元软件ABAQUS为基本研究工具，对这个接触问题进行分析研究，具体研究内容和结论如下：

（1）首先针对典型的常用的三排柱回转支承选型计算，通过承载曲线得出它在正常工况下所受的外部载荷。

（2）用赫兹接触解析算法来计算承受最大外在负载的滚子与滚道接触面的最大接触应力和变形量。

（3）使用ABAQUS有限元分析软件分别模拟单个滚子和滚道以及整个回转支承模型的受载情况，通过有限元算法得出最大接触应力。

（4）分析可能对承载性能有影响的因素，并提出优化方案。

赫兹接触算法和有限元算法得出的最大接触应力在8-15%之间，差异的原因主要在于赫兹算法以简化的数学公式分析应力，忽略了实际工况下的许多其他重要因素，而有限元方法能够综合考量众多关键因素，是比较准确的算法。

关于优化方案，诸如改变滚子和滚道的制造材料、在滚子上增加有效特征等在一定程度上可以增加回转支承的承载性能。

关键词：三排柱回转支承、承载能力、最大接触应力

The bearing load capacity of three-row slewing bearing and its

Optimization

Abstract

Slewing bearing could be called turntable bearing, a key component of machinery,could be regarded as one large rolling bearing. Slewing bearing has the function of connecting two machinery part with relative rotary motion and it is the indispensable part in mechanical products. Three rows of slewing bearing is one typical kind of slewing bearing, which could bear relatively large outside load.This article is based on this slewing bearing and concentrate on its ability of bearing the load in normal working environment.

The load bearing capacity actually is based on studying the contacting stress field between the rolling pulley and the raceway. The contacting question is a high non-linear question. This project is based on the Hertz contacting formula and the finite element analysis method. According to this contacting question, the following part shows the specific content of this article:

(1) Firstly according to the typical size of the three row slew bearing selecting one common model and do its force analysis which could lead to its load bearing situation.

(2) Then using the Hertz method to calculate the largest contacting stress and strain of the rolling pulley with the greatest load.

(3) Nest using the ABAQUS finite analysis software to respectively simulate the actual working environment of the single rolling and the entire slewing bearing and come to the greatest contacting stress.

(4) Doing the analysis of the factors which could affect the bearing load capacity and come to the optimizing plans.

The difference between the Hertz theory and the finite element method is about 8%-15% because in the Hertz theory the simplified mathematics formula is used to calculate the stress and strain, while it neglects many other key points in actual working environment. However, this key points could be involved in the finite element analysis method.

The final part is about the optimization. For example, changing the material or adding some special characters could be confirmed to increase the strength.

Key words: three rows of slewing bearing、bearing load capacity、the greatest contacting stress.

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究状况 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 回转支承的研究方法 4

1.4 本文主要研究内容 5

1.5 本章小结 5

第二章 三排柱回转支承的理论计算与选型 6

2.1 赫兹理论的基本假设 6

2.2 三排柱回转支承的选型 6

2.4 利用赫兹接触理论进行理论计算 10

2.4.1 公式归纳与推导 10

2.4.2三排柱式回转支承的受力分析 11

2. 4. 3 三排柱回转支承滚子最大接触应力计算 12

2.5 本章小结 14

第三章 基于ABAUQS的单滚子的有限元分析 15

3.1 有限元分析软件ABAQUS的介绍 15

3.2 ABAQUS有限元分析的基本步骤 15

3.3 单个滚子的有限元分析 16

3.3.1简化和建立三维模型 16

3.3.2网格的划分 17

3.3.4 创建相互作用对 21

3.3.5 施加载荷和定义边界条件 22

3.3.6 求解设置 23

3.3.7 运算结果分析 23

3.4 理论接与有限元解得对比及讨论 25

3.5 本章小结 26

第四章 基于ABAQUS的三排柱式回转支承整体模型有限元分析 27

4.1 1/2模型回转支承的ABAUQS分析 27

4.1.1 建立模型 27

4.1.2 划分网格 27

4.1.3 设置相互作用与施加载荷 28

4.2 本章小结 29

第五章 结论与展望 30

5.1 结论 30

5.2 前景展望 30

5.3 本章小结 31

参考文献 32

1. 绪论

1.1 引言

回转支承是近几十年在全世界范围内被新发展的机械零部件，它也可以被称作转盘轴承或回旋支承，其常用的英文名字是slewing bearing。⁽¹⁾由于回转支承具有与滚动轴承相似的作用，即连接两个具有相对运动的机械部件，并可以承受一定的外部载荷，所以回转支承可以被当做一种特大型的滚动轴承。

不过回转支承与常用的滚动轴承相比，有如下几点的不同点：

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