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摘 要

回转支承是一种能够承受综合载荷的大型轴承，可以同时承受较大的轴向、径向负荷和倾覆力矩，其设计强度及动态特性将直接关系到整机的工作性能及使用安全。本文以回转支承为研究对象，研究回转支承轮齿强度和驱动齿轮强度问题，主要研究工作如下：

分析回转支承轮齿失效形式，统计数据显示，回转支承早期失效有 90%是由断齿所导致，主要原因在于其设计选型不能满足具体的工况使用要求。因此对回转支承装置的设计选型进行相关研究显得尤为重要。

基于ABAQUS有限元分析软件，对回转支承的驱动设计与运动特性进行动力学特性仿真研究。研究的主要内容包括：利用三维Pro/e软件对回转支承与驱动小齿轮建模，为动力学仿真分析提供准确三维实体模型；基于有限元分析软件ABAQUS的回转支承装置模型，运用动力学仿真技术研究了回转驱动小齿轮对回转支承装置动态性能的影响和回转支承外齿圈与驱动小齿轮啮合时的应力变化。

关键词：回转支承；驱动设计；动态特性分析；有限元分析

Abstract

Slewing ring is a comprehensive load can withstand large bearings that can withstand large axial , radial load and overturning moment , its design strength and dynamic characteristics of the work will be directly related to the performance of the machine and safe to use. In this paper, slewing ring for the study, research slewing drive gear teeth strength and intensity of the problem , the main research work is as follows :

Slewing gear tooth failure mode analysis , statistics show that early failure slewing 90% is caused by a broken tooth , mainly due to their design and selection can not meet the requirements of specific conditions . Therefore, the selection of design slewing device related research is particularly important.

Based on ABAQUS finite element analysis software , design and motion characteristics of the drive were slewing dynamics simulation. The main contents include : the use of three-dimensional Pro/E software with the drive pinion slewing modeling for dynamic simulation analysis provides an accurate three-dimensional solid model ; slewing device model ABAQUS finite element analysis software , based on a study of the use of dynamic simulation technology rotary drive pinion stress changes the dynamic performance impact and slewing device slewing ring gear and pinion gear when driving .

Keywords:slewing bearings;driven design;dynamic analysis;Finite Element Analysis

目录

1.绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2回转支承的运动特性分析 1

1.3回转支承的驱动装置设计 2

1.4论文主要研究内容 3

2.回转支承的结构设计及三维建模 4

2.1回转支承的选型 4

2.2回转支承的计算 5

2.3 回转支承的三维参数建模 12

2.4本章小结 13

3.回转支承的驱动装置结构设计 14

3.1回转液压马达的计算与选 14

3.2回转驱动小齿轮的设计计算 15

3.3回转支承的三维参数建模 15

3.4本章小结 16

4.回转支承的动态特性分析及有限元分析 17

4.1 回转支承的运动特性分析原理 17

4.1.1回转支承的驱动动力学分析原理 17

4.1.2回转支承的动力学分析原理 19

4.2回转支承的有限元分析 19

4.2.1基于ABAQUS的回转支承的有限元分析原理 21

4.2.2滚珠的有限元分析 22

4.2.3回转支承的轮齿的有限元分析 24

4.3本章小结 26

5结论及展望 27

参考文献 29

致谢 31

1.绪论

1.1课题研究背景

被人们称为“机器的关节”的回转支承是两物体之间需作相对回转运动，又需同时承受轴向力、径向力、倾翻力矩的机械所必需的重要传动部件^[1]，其设计强度及动态特性将直接关系到整机的工作性能及使用安全。一般情况下，回转支承自身均带有安装孔、润滑油和密封装置，可以满足各种不同工况条件下工作的各类主机的不同需求。广泛用于起重运输机械、采掘机、建筑工程机械、港口机械、风力发电、医疗设备、机器人以及旋转餐厅、雷达和导弹发射架等大型回转装置上^[2]。

回转支承装置价格昂贵，更换维修困难，所以回转支承早期失效是生产企业及用户不能接受的故障现象。回转支承的早期失效有90%是由断齿所导致，而轮齿的折断形式主要有两种：一是弯曲疲劳折断，二是过载折断。引起疲劳折断的主要原因是传动系统的动载荷过大，而过载折断则通常是由于短时严重过载的冲击载荷作用，使轮齿承受的应力超过其极限应力所致。此外，载荷严重集中、动载荷过大均可能引起过载折断^[3-4]。这就要求我们想办法来减少甚至避免早期失效，而回转支承的运动由驱动装置控制，回转支承的动态特性的好坏主要取决于驱动装置及回转支承结构特性的优劣，因此回转支承的驱动装置参数化设计和它的动态性能分析成为生产一个合格的回转支承产品的重要组成部分。

本文以回转支承为研究对象，设计课题的主要任务：熟悉回转支承，应用运用有限元软件ABAQUS研究径向载荷、倾覆弯矩载荷以及轴向载荷与倾覆弯矩载荷耦合作用下的轴承刚度和周向变形；对回转速度制动停车时，冲击载荷对回转支承外圈轮齿的影响，完成零件图及总装图绘制。

1.2回转支承的运动特性分析

早期对回转支承的分析采用近似的经验方法或者简单的解析法，侯宁提出了滚道硬度、滚道淬硬层深度、滚道曲率半径、滚道接触角是影响回转支承滚道质量的最重要的四个因素^[5-6]。杜睿等运用赫兹理论的弹性接触理论推导出单排球式回转支承承载能力的理论计算公式，进而分析了回转支承的结构及工艺参数对

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