安裝基礎(chǔ)對回轉(zhuǎn)支承載荷分布的影響

徐州羅特艾德回轉(zhuǎn)支承有限公司 221004

摘要：在工程機械旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，回轉(zhuǎn)支承可以說是非常關(guān)鍵的一個部件。在本文中，將就安裝基礎(chǔ)對回轉(zhuǎn)支承載荷分布的影響進行一定的研究。

關(guān)鍵詞：安裝基礎(chǔ)；回轉(zhuǎn)支承載荷；分布；

1 引言

在工程機械、發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，回轉(zhuǎn)支承可以說是非常重要的部件類型，在旋轉(zhuǎn)設(shè)備運行中具有著滾動軸承的作用，如果在運行過程中出現(xiàn)了失效情況，很可能對整個設(shè)備的穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響。正因為這部分特點的存在，就使其在具體應(yīng)用的安全性以及可靠性方面具有著非常高的要求。在日常檢驗中，疲勞壽命以及靜承載能力可以說是對支承進行檢驗的重要指標(biāo)，而由于回轉(zhuǎn)支承所具有的尺寸相對較大，能夠同時對軸向力、傾覆力矩以及徑向力進行承受，則使其在實際計算中同普通軸承具有著一定的差異。

2 模型建立分析

失效形式方面，回轉(zhuǎn)支承的主要失效形式為由滾珠與滾道長期接觸所引發(fā)的點蝕、磨損以及滾道剝落情況等。在這種情況下，對圓周荷載分布進行分析、對其最大接觸荷載進行計算則成為了我們對回轉(zhuǎn)支承進行計算的一項重點。近年來，人們建立起了很多種模型對荷載分布情況進行計算，但模型自身往往具有著較為簡單的特點，都將回轉(zhuǎn)支承的支撐體以及內(nèi)外圈設(shè)定為剛形體，并將接觸角設(shè)定為常量值，而沒有對這部分因素的最大接觸載荷以及以及載荷分布的影響引起重視，并因此使實際情況同模型計算結(jié)果間具有著較大的誤差。在不斷的研究中，為了能夠以更為精確的形式對載荷分布進行計算，有限元方式逐漸成為了一種最為主流的方式，而從回轉(zhuǎn)支承整體角度看來，接觸位置如果非常小，但由于回轉(zhuǎn)支承具有著較多數(shù)量的微小接觸對，就使得該方式在實際建模中具有著較大的難度。而當(dāng)以兩個鋼芯殼單元、非線性彈簧以及2個剛性梁單元對滾道接觸模型進行建立時，則能夠獲得一個整體建模分析方式。但在該模型建立中，則要求剛性梁單元和殼單元耦合以防止變形，可以說，以往模型在建立時都具有著模型復(fù)雜、收斂性不佳以及建模難度較大的問題。對此，在本文中，我們通過一種局部-整體建模方式的應(yīng)用對回轉(zhuǎn)支承整體模型同局部接觸區(qū)域模型進行建立，通過非線性彈簧的應(yīng)用代替滾珠，將其同內(nèi)外圈支架相連的基礎(chǔ)上降低建模難度。

3 回轉(zhuǎn)支承模型建立

圖1 回轉(zhuǎn)支承截面

在上圖回轉(zhuǎn)支承界面中，Pr為滾道同滾珠的截面間隙，Cid、Ced、Cin、Ceu為滾道的曲率中心，d為滾珠直徑，R為滾道曲率半徑，a為曲率中心垂直偏心距，h為水平偏心距。在實際應(yīng)用中，接觸位置一般會產(chǎn)生在Cid、Ceu或者Cin、Ced方向，對此，我們則可以通過兩個非線性彈簧對該模型的接觸特性進行模擬，其建模圖如下所示：

圖2 滾珠滾道接觸局部建模

在模型中，由非線性彈簧Peu、Pid對模型內(nèi)圈滾道同外圈滾道CidCeu方向的接觸對，而PinPed則能夠?qū)ν馊Α?nèi)圈滾道方向的CinCed方向接觸對進行模擬。在該回轉(zhuǎn)支承中，具有著較為復(fù)雜的承載特點，會在同一時間內(nèi)對模型的軸向力Fa、徑向力Fr以及傾覆力矩M進行承受。對此，我們在將外圈設(shè)定為固定的情況下，對該模型進行一定的影響情況研究。

3 法蘭安裝對荷載分布的影響

3.1 模型修正

一般情況下，以筒形法蘭結(jié)構(gòu)作為回轉(zhuǎn)支承的安裝支承結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

在該結(jié)構(gòu)中，軌道中心會同筒壁中心對齊。安裝安裝上，則通過螺釘或者螺栓的應(yīng)用將其固定的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，并以法蘭方式的應(yīng)用對上下基礎(chǔ)進行安裝?；A(chǔ)剛度方面，同其幾何尺寸、結(jié)構(gòu)形式等具有較為密切的聯(lián)系。在我們將安裝基礎(chǔ)應(yīng)用到模型中之后，除了滾道同滾珠間具有非線性接觸情況之外，安裝法蘭同回轉(zhuǎn)支承間也會產(chǎn)生接觸。

3.2 法蘭尺寸影響

在結(jié)構(gòu)中，我們所安裝法蘭的尺寸將對法蘭的剛性特征產(chǎn)生影響，而在荷載條件相同的情況下，對不同尺寸法蘭的安裝也會對支承內(nèi)部接觸荷載產(chǎn)生影響：第一，厚度方面，在極限荷載情況下，我們將回轉(zhuǎn)支承厚度為基準(zhǔn)對不同厚度情況下回轉(zhuǎn)支承內(nèi)部接觸的荷載分布進行求解。在不同法蘭厚度情況下，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)部荷載所具有的規(guī)律基本相似，即最大接觸荷載出現(xiàn)在滾道劫持位置上。而隨著法蘭厚度的減少，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)部的接觸壓力則會隨之增大，其相對厚度從100%降低到20%時，解除壓力增量值為42kN。以分段方式進行觀察，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相對厚度從100%降低到20%時，最大解除壓力增幅則體現(xiàn)出較為平緩的特征。而當(dāng)厚度為回轉(zhuǎn)支承厚度50%時，則能夠保證所使用用料最少的情況下對回轉(zhuǎn)支承的較小接觸壓力進行了實現(xiàn)，能夠使回轉(zhuǎn)支承因此具有了更高的可靠性；第二，筒壁厚度。由于結(jié)構(gòu)方面的限制，法蘭筒壁所自身允許變化的范圍較小。對此，我們?nèi)?個不同的法蘭筒壁尺寸進行計算，對不同筒壁厚度尺寸情況下，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)部所具有的載荷分布進行計算。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)法蘭厚度在40%以上時，筒壁厚度對回轉(zhuǎn)支撐壓力影響值最小。對此，在強度能夠滿足要求的情況下，在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當(dāng)盡可能的降低筒壁厚度，以此起到降低成本的作用。而若由于安裝筒直徑較大、而壁厚又太小，在實際應(yīng)用中就很容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)情況；第三，法蘭形式。對法蘭筒壁安裝位置進行設(shè)計時，需要根據(jù)螺栓螺釘以及結(jié)構(gòu)等方面的情況對安裝位置進行選定。其主要具有兩種形式：第一，法蘭筒壁在靠近滾珠位置；第二，法蘭筒壁在遠(yuǎn)離滾珠位置。對于這兩種方式，在靠近回轉(zhuǎn)支承滾珠一側(cè)所具有的剛度也會存在著差異。經(jīng)計算表明，法蘭結(jié)構(gòu)形式對回轉(zhuǎn)支承承載情況也具有一定的影響，對此，在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，在對回轉(zhuǎn)支撐安裝基礎(chǔ)進行設(shè)計時，需要盡可能的將上下安裝筒壁設(shè)計在靠近滾珠的位置，以此獲得更為穩(wěn)定的設(shè)計效果；第四，平面度。在機械加工過程中，不可避免在平面度方面會存在一定的誤差，并可能因此對回轉(zhuǎn)支承的使用壽命以及承載能力產(chǎn)生影響，需要在實際安裝、加工的過程中做好控制。

4 結(jié)束語

在上文中，我們對安裝基礎(chǔ)對回轉(zhuǎn)支承載荷分布的影響進行了一定的研究，具有一定的研究應(yīng)用價值。

參考文獻

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