安裝基礎(chǔ)對(duì)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(jī)械旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，回轉(zhuǎn)支承可以說(shuō)是非常關(guān)鍵的一個(gè)部件。在本文中，將就安裝基礎(chǔ)對(duì)回轉(zhuǎn)支承載荷分布的影響進(jìn)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(jī)械、發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，回轉(zhuǎn)支承可以說(shuō)是非常重要的部件類型，在旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行中具有著滾動(dòng)軸承的作用，如果在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了失效情況，很可能對(duì)整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。正因?yàn)檫@部分特點(diǎn)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(yàn)中，疲勞壽命以及靜承載能力可以說(shuō)是對(duì)支承進(jìn)行檢驗(yàn)的重要指標(biāo)，而由于回轉(zhuǎn)支承所具有的尺寸相對(duì)較大，能夠同時(shí)對(duì)軸向力、傾覆力矩以及徑向力進(jìn)行承受，則使其在實(shí)際計(jì)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(zhǎng)期接觸所引發(fā)的點(diǎn)蝕、磨損以及滾道剝落情況等。在這種情況下，對(duì)圓周荷載分布進(jìn)行分析、對(duì)其最大接觸荷載進(jìn)行計(jì)算則成為了我們對(duì)回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行計(jì)算的一項(xiàng)重點(diǎn)。近年來(lái)，人們建立起了很多種模型對(duì)荷載分布情況進(jìn)行計(jì)算，但模型自身往往具有著較為簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，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(méi)有對(duì)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(shí)際情況同模型計(jì)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(duì)載荷分布進(jìn)行計(jì)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(lái)，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(duì)，就使得該方式在實(shí)際建模中具有著較大的難度。而當(dāng)以兩個(gè)鋼芯殼單元、非線性彈簧以及2個(gè)剛性梁?jiǎn)卧獙?duì)滾道接觸模型進(jìn)行建立時(shí)，則能夠獲得一個(gè)整體建模分析方式。但在該模型建立中，則要求剛性梁?jiǎn)卧蜌卧詈弦苑乐棺冃危梢哉f(shuō)，以往模型在建立時(shí)都具有著模型復(fù)雜、收斂性不佳以及建模難度較大的問(wèn)題。對(duì)此，在本文中，我們通過(guò)一種局部-整體建模方式的應(yīng)用對(duì)回轉(zhuǎn)支承整體模型同局部接觸區(qū)域模型進(jìn)行建立，通過(guò)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(shí)際應(yīng)用中，接觸位置一般會(huì)產(chǎn)生在Cid、Ceu或者Cin、Ced方向，對(duì)此，我們則可以通過(guò)兩個(gè)非線性彈簧對(duì)該模型的接觸特性進(jìn)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(duì)模型內(nèi)圈滾道同外圈滾道CidCeu方向的接觸對(duì)，而PinPed則能夠?qū)ν馊Α?nèi)圈滾道方向的CinCed方向接觸對(duì)進(jìn)行模擬。在該回轉(zhuǎn)支承中，具有著較為復(fù)雜的承載特點(diǎn)，會(huì)在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)模型的軸向力Fa、徑向力Fr以及傾覆力矩M進(jìn)行承受。對(duì)此，我們?cè)趯⑼馊υO(shè)定為固定的情況下，對(duì)該模型進(jìn)行一定的影響情況研究。

3 法蘭安裝對(duì)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(huì)同筒壁中心對(duì)齊。安裝安裝上，則通過(guò)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(duì)上下基礎(chǔ)進(jìn)行安裝。基礎(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(huì)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(duì)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(duì)不同尺寸法蘭的安裝也會(huì)對(duì)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(duì)不同厚度情況下回轉(zhuǎn)支承內(nèi)部接觸的荷載分布進(jìn)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(huì)隨之增大，其相對(duì)厚度從100%降低到20%時(shí)，解除壓力增量值為42kN。以分段方式進(jìn)行觀察，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相對(duì)厚度從100%降低到20%時(shí)，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(shí)，則能夠保證所使用用料最少的情況下對(duì)回轉(zhuǎn)支承的較小接觸壓力進(jìn)行了實(shí)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(duì)此，我們?nèi)?個(gè)不同的法蘭筒壁尺寸進(jìn)行計(jì)算，對(duì)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(jìn)行計(jì)算。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)法蘭厚度在40%以上時(shí)，筒壁厚度對(duì)回轉(zhuǎn)支撐壓力影響值最小。對(duì)此，在強(qiáng)度能夠滿足要求的情況下，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)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(duì)法蘭筒壁安裝位置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)螺栓螺釘以及結(jié)構(gòu)等方面的情況對(duì)安裝位置進(jìn)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(duì)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(huì)存在著差異。經(jīng)計(jì)算表明，法蘭結(jié)構(gòu)形式對(duì)回轉(zhuǎn)支承承載情況也具有一定的影響，對(duì)此，在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，在對(duì)回轉(zhuǎn)支撐安裝基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡可能的將上下安裝筒壁設(shè)計(jì)在靠近滾珠的位置，以此獲得更為穩(wěn)定的設(shè)計(jì)效果；第四，平面度。在機(jī)械加工過(guò)程中，不可避免在平面度方面會(huì)存在一定的誤差，并可能因此對(duì)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(shí)際安裝、加工的過(guò)程中做好控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

在上文中，我們對(duì)安裝基礎(chǔ)對(duì)回轉(zhuǎn)支承載荷分布的影響進(jìn)行了一定的研究，具有一定的研究應(yīng)用價(jià)值。

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