论文总字数：20346字

摘 要

由于我国经济持续高速发展，各种工程设备越来越轻量化，内部结构越来越紧凑，承载能力也不断提升，回转支承作为工程装备中的核心零件起到了很重要的作用，所以对其设计也就有越来越高的要求。在计算回转支承接触应力时，虽然计算结果满足应用要求，但应用过程中仍然有卡死与滚道压陷之类不是正常失效现象。除了制造因素外，其刚度不足也是重要原因。

本文对于国内和国外的转盘轴承的发展情况做了概述，对转盘轴承的结构形式做出介绍。介绍了Hertz 接触理论，主要分析了轴向载荷和倾覆力矩单独作用与共同作用下的载荷分布情况，变形与负载的大小。并运用ABAQUS对转盘轴承做应力分析，将结果与理论结果分析与比较。最后进行优化。 

关键词：回转支承 承载能力 有限元分析

Calculation and parameter optimization of crossed cylindrical roller

slewing bearing

Abstract

Due to the sustained and rapid development of China's economy, a variety of engineering equipment is becoming more and more lightweight, and the internal structure is more and more compact,carrying capacity is also constantly upgrading.As the core component of engineering equipment,slewing bearing plays a very important role, so the design of the rotary support is also put forward higher and higher requirements.In the calculation of slewing bearing contact stress, although the calculation results meet the requirements, but some slewing bearings still produce stuck,raceway fracturing and other non normal failure phenomenon. In addition to manufacturing factors, the lack of slewing bearing stiffness is also an important reason.

In this paper, the development of the domestic and foreign slewing ring is summarized, and the structure of the bearing is introduced.The Hertz contact theory is introduced and analyze the unit pressure on the rolling raceway subjected to the vertical load as well as subjected to the overturning moment.Through the analysis of the practical examples,we contrast the finite method and the results of analytical method.Finally, the structural parameters are optimized.

Keywords: slewing ring; carrying capacity; finite element analysis

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 研究的目的和意义 3

1.4 研究主要内容 4

第二章 回转支承结构特点及理论基础 5

2.1 回转支承结构 5

2.1.1 结构型式 5

2.1.2 交叉圆柱回转支承结构特点 6

2.2 回转支承失效形式 8

2.3 Hertz接触理论 9

2.4 本章小结 11

第三章 回转支承承载理论计算 11

3.1 回转支承的受力分析 12

3.1.1 基本假设 12

3.1.2 圆周压力计算 12

3.2 滚柱承载计算 15

3.3 承载曲线绘制 16

3.4 本章小结 17

第四章 回转支承承载有限元分析 17

4.1 有限元法及其应用软件 18

4.1.1 有限元法 18

4.1.2 有限元软件 18

4.1.3 ABAQUS软件的特点 20

4.2 基于ABAQUS的接触问题分析  20

4.2.1接触问题分类及解决方法  20

4.2.2 接触方式分类及选择  20

3.3.3 接触问题算法与求解步骤  21

4.3 回转支承有限元模型建立 22

4.3.1 回转支承几何参数 22

表4-1 回转支承几何参数 22

4.3.2 模型的简化及材料属性 22

4.3.3 有限元网格划分 25

4.3.4 创建接触对 26

4.3.5 施加载荷与约束条件 27

4.4 结果分析 29

4.5 本章小结 30

第五章 回转支承优化设计 31

5.1 结构参数对承载能力的影响 32

5.1.1 游隙 32

5.1.2 初始接触角 33

5.1.3 滚动体直径及数量 34

5.2 交叉圆柱滚子轴承结构参数优化 35

5.2.1 优化目标 35

5.2.2 设计变量 35

5.2.3 约束条件 36

5.3 本章小结 36

结论与展望 36

参考文献 37

致谢 39

第一章 绪论

1.1 引言

回转支承又叫做转盘轴承，其类似于大号滚动轴承，近年来不断成熟，是能一种可以做出回转运动的部件，其结构有内圈、外圈和滚柱等组成。

转盘轴承结构紧密、安装与运维方便，能受径向载荷、轴向载荷及倾覆力矩的共同作用，能满足各种工作条件，在各类工程装备中已经普遍应用。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

中国转盘轴承的设计制造比外国晚，制造公司对技术的不停追求，大量研究人员做了大量技术研究工作。外国转盘轴承的设计制造技术比中国更先进。ROTHE ERDE是国际最出名的转盘轴承单位，ROTHE ERDE所生产的转盘轴承质量高种类全。其在转盘轴承钢球领域技术在全世界都遥遥领先。该企业较大影响了中国转盘轴承的制造发展，中国较早从这个企业引进大量的转盘轴承先进技术。除此之外，英国、法国和日本等国家的转盘轴承技术同样十分先进。

波兰的 Ludwik Kania 和 Marek Krynke等研究人员做了大量充分的研究工作，得出了一些结论。在把滚圈的弯曲扭转弹性，滚柱接触变形之类要素算在内，发表出转盘轴承额定静容量设计技术。S.Zupan 和 R.Kunc等人通过实验方法确定了回转支承承载时的载荷分布情况，并对滚道表面淬硬层与滚道承载能力的关系有了进一步确定。斯洛文尼亚的 Glodež S 和 Potočnik R对转盘轴承使用的材料做了很多研究，以这个基础发展出用来设计大型转盘轴承额定静容量与疲劳寿命的新技术。

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