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加载热载荷后的泵轴应力分析

广一水泵厂将水泵轴承温度场结果作为静力学分析的边界条件添加后,进行热-结构耦合分析。进行轴承热力学分析结果后处理,得到加载热载荷后轴承的等效应力、等效应变、接触应力和接触变形。图1为加载热载荷后接触应力云图,轴承的最大接触应力为993.65MPa;轴承热力学分析结果中,最大等效应力、最大等效应变、最大径向位移、最大接触应力均发生在径向力作用线正下方的滚动体与内圈滚道的接触点处。

图1:加载热载荷后接触应力云图

加载热载荷后接触应力云图

轴承的热-应力耦合分析结果显示,在加载热载荷后,水泵轴承等效应力、等效应变、接触应力和接触变形分布的位置没有明显的改变,且水泵轴承最大等效应力、最大等效应变、最大径向位移、最大接触应力出现的位置相同,即轴承滚动体与滚道的接触点区域是轴承疲劳破坏危险部位。


轴承的热-应力耦合分析结果与轴承的静力学结果对比可看出,加载热载荷后的最大热-应力耦合接触应力为993.65MPa,最大热-应力耦合径向位移为3.997xl0-4mm,未加载热载荷的接触应力为970.19MPa,径向位移为3.983X10-4mm。结果对比分析显示,轴承加热载荷后,接触应力和径向位移都有小幅度的增大。温度变化将引起物体的膨胀或收缩。当材料受温度均匀变化时可自由变形时,材料的内力不会发生变化,但是轴承在受温度变化时受到了部分约束。且轴承滚动体的材料为氮化硅陶瓷,广一管道泵轴承内外圈材料为轴承钢,两种材料的热膨胀系数等参数不同。所以,轴承加载热载荷后,材料因为温度升高引起热膨胀,使得滚动体与滚道之间相互挤压,接触应力和径向位移增大。


影响轴承疲劳寿命的因素有很多,包括各种应力、温度以及速度等的影响,国内轴承检测设备生产厂家为此也生产出了各种类型的轴承疲劳试验机,满足了轴承各方面的需求,然而这些轴承疲劳试验机对在一些特殊环境使用的轴承并不适用。例如微小型高速深沟球轴承工作在在高速下并且轴向和径向同时受到载荷,且轴承的尺寸很小,经过项目组成员调研发现,采用目前的试验机是很难满足要求。为此,项目组的成员设计在各方面调研和专家的指导下,设计制造了满足要求的微小型高速深沟球轴承疲劳试验机。


微小型高速深沟球轴承疲劳试验机主要是通过水泵电机驱动轴承实现高速旋转。本次设计所要求的电机转速为70000-90000r/min。电机壳体和电机主轴由项目组成员自主设计。


根据轴承疲劳试验机设计的主轴尺寸,采用的是非导磁材料7475航空铝。航空铝称为超高强铝合金,抗压及屈服强度都极其高,易于机械加工且加工后不变形,适合做120℃以下使用的承力结构件;有较好的耐腐蚀性能和较高的韧性。经过强度校核和允许不平衡量计算符合疲劳试验机相关要求。


本试验机是针对转速为72000r/min,轴承内圈4mm,轴承外圈13mm,滚动体直径2.381mm,轴承厚度6mm的微小型高速深沟球轴承设计一台轴承疲劳试验机。信号的检测由加速度传感器和温度传感器采集信号传输给采集卡进行处理分析,广一水泵厂主要通过分析轴承的振动信号和温度变化来判断轴承是否达到疲劳寿命。若是轴承出现卡死的现象,电机的自我保护会使主轴和电机的连接断开。


该疲劳试验机为电主轴形式,采用的是一次性测试两个被测轴承,另外选取两个相对较大的轴承作为支撑轴承。轴向和径向直接通过加载装置挤压加载板对轴承进行加载。此方案中径向加载也为水平式加压,采用电主轴形式,将电机安放在两个被测轴承之间。电主轴形式的疲劳试验机的优点是径向同样采用水平加载方式,增加了两个支撑轴承,虽然检测效率下降了,但是能保证水泵在较高转速和低载荷条件下的轴承进行试验。其次采用电主轴的形式,可以达到更高要求的动不平衡量,保证其较高转速。


标签:   广一水泵,广一管道泵,广一水泵厂
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点击次数:  更新时间:2018-01-10 11:41:48  【打印此页】  【关闭