推力球轴承强度分析.docx

推力球轴承强度分析刘建栋21104034目录1研究背景11.1零件的失效及其危害11.2零件失效分析工作内容和意义11.2.1零件失效分析工作内容11.2.2零件失效分析的意义22研究方法22.1失效分析流程22.2失效分析技术简介22.2.1应力分析技术33推力球轴承的介绍及其失效形式分析33.1推力球轴承的特点及用途33.2推力球轴承的工作原理及分析的基本参数44有限元分析54.1三维建模54.2编写ansys命令流及分析过程65改进的网格细化及接触分析116赫兹接触应力计算及比较141研究背景1.1零件的失效及其危害零件由于某种原因导致其尺寸，形状，或材料的组织与性能发生变化而不能完满地完成指定的功能成为零件的失效。如：沙发弹簧弹性丧失汽车变速箱齿轮磨损电动机轴断裂等。零件的失效导致机械不能正常工作，降低生产效率，降低产品质量，误工误时。，造成重大经济损失，更有的时候由于零件的失效导致生产事故等严重的后果。1.2零件失效分析工作内容和意义1.2.1零件失效分析工作内容1、判断零件失效性质 畸变失效 断裂失效 磨损失效 腐蚀失效2、分析零件失效原因 设计原因 材料原因 加工原因 装配原因 使用原因 维护原因3、研究零件失效的预防措施 修改设计 更改材料 改进加工 合理装配 正确使用 及时维护1.2.2零件失效分析的意义1、减少和预防同类机械零件的失效现象重复发生，提高产品质量，提高产品竞争力。如：汽车拉杆断裂失效及热处理工艺改进。2、分析机械零件失效原因，为事故责任认定，侦破刑事犯罪案件，裁定赔偿责任、保险业务、修改产品质量标准等提供科学依据。3、为企业技术开发、技术改造提供信息，增加企业产品技术含量，从而获得更大的经济效益。2研究方法2.1失效分析流程1、 失效机械的结构分析失效件与相关件的相互关系，载荷形式、受力方向的初步确定2、 失效件的粗视分析用眼睛或放大镜观察失效零件，粗略判断失效类型3、 失效件的微观分析用金相显微镜、电子显微镜观察失效零件的微观形貌，分析失效类型和原因4、 失效材料的成分分析用光谱仪、能谱仪等现代分析仪器，测定失效材料的化学成分。5、 失效件材料的力学性能检测用拉伸试验机、弯曲试验机、冲击试验机、硬度试验机等测定材料的抗拉强度、弯曲强度、冲击韧度、硬度等力学性能。6、 应力分析、测定用x光应力测定仪测定应力7、 失效件材料的组成相分析用x光结构分析仪分析失效材料的组织成相8、 模拟试验在同样工况下进行试验，或者在模拟工况下进行试验。2.2失效分析技术简介金相分析技术断口分析技术力学性能测试技术理化分析测试技术晶体结构分析技术无损检测技术应力分析技术2.2.1应力分析技术材料内部存在残余应力。残余拉应力对材料的抗疲劳性、抗腐蚀性、尺寸稳定性有不良影响。可用x射线应力仪测定残余应力的大小。测量原理：用x光照射晶体，x光会被晶体衍射，出现衍射光。如果材料内部存在残余应力，晶体的晶面距离发生变化，则衍射图像一会发生变化。根据衍射图像的变化，可以测得材料的应变，再计算出应力值。3推力球轴承的介绍及其失效形式分析3.1推力球轴承的特点及用途推力球轴承采用高速运转时可承受推力载荷的设计,由带有球滚动的滚道沟的垫圈状套圈构成。由于套圈为座垫形，因此，推力球轴承被分为平底座垫型和调推力球轴承球心球面座垫型两种类型。另外，这种轴承可承受轴向载荷，但不能承受径向载荷。图3- 1图3- 2推力球轴承组成： 推力球轴承由座圈、轴圈和钢球保持架组件三部分构成。 与轴配合的称轴圈，与外壳配合的称座圈。特点：1. 备有单向、双向两种类型 2. 为了容许有安装误差，无论是单向还是双向，都可以选择球面调心球面座垫型或带球面座圈型。 3. 优质钢 采用可使轴承寿命最高延长80%的超清洁钢 4. 高度的润滑脂技术 nsk的润滑剂技术可使润滑脂的寿命延长并提高轴承的性能 5. 高品位钢球 高速转动时安静且顺畅 6. 利用选件中的套圈，可容许有安装误差。推力球轴承的用途： 只适用于承受一面轴向负荷、转速较低的机件上，例如起重机吊钩、立式水泵、立式离心机、千斤顶、低速减速器等。轴承的轴圈、座圈和滚动体是分离的，可以分别装拆。3.2推力球轴承的工作原理及分析的基本参数推力球轴承是一种分离型轴承，轴圈、座圈可以和保持架、钢球的组件分离。轴圈是与轴相配合的套圈，座圈是与轴承座孔相配合的套圈，和轴之间有间隙；推力球轴承只能够承受轴向负荷，单向推力球轴承是只能承受一个方向的轴向负荷，双向推力球轴承可以承受两个方向的轴向负荷。 图3- 3推力球轴承的类型图3- 4推力球轴承安装使用图3- 5轴承基本参数分析的推力球轴承尺寸参数：4有限元分析4.1三维建模在proe、ug等三维建模软件中建立三维模型，然后导入到ansys中进行分析。图3- 6三维模型4.2编写ansys命令流及分析过程!*受弯2 !*定义单元类型 材料/prep7vglue,all et,1,92mp,ex,1,1.5e5mp,prxy,1,0.3mp,dens,1,7.4e-9!*划分网格allsel esize,0.8type,1mat,1mshape,1,3dmshkey,0vmesh,all!*选中位移约束点并全约束/solu asel,s,1asel,a,5asel,a,39asel,a,43nsla,s,1d,all,uz allsel nsel,s,loc,z,0nplot *get,num1,node,0,countf,all,fz,-5/num1allsel!*选中要加载的点并加载nsel,s,loc,z,-6.5nplot *get,num,node,0,countf,all,fz,5/num!*求解allsel eplot solve图4- 1网格划分图4- 2载荷越是的施加图4- 3位移云图图4- 4应力云图图4- 5滚子的位移云图图4- 6滚子的应力云图5改进的网格细化及接触分析图5- 1网格划分图5- 2内外圈网格细化图5- 3滚子网格细化图5- 4球与导轨接触形式为面面见的线接触图5- 5球与导轨接触的建立图5- 6内外圈应力云图图5- 7滚子应力云图6赫兹接触应力计算及比较滚动轴承的滚动体与滚道间的接触应力滚子轴承的滚子与内环的接触相当于两个球体外接触，综合曲率半径，单位长度上的载荷，便可得出受力最大的滚子与内外圈接触处的接触应力式中：p为受力最大的滚子所承受的力，l为滚子工作长度。所以我们可以求出在已知载荷下我们轴承的接触应力。结论及改进方法：1、 根据综合可得第二种接触分析方法更接近于赫兹理论