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大型挖泥船用回转支承轴承性能研究

作　者: 王朋
导　师: 张玉莲
学　校: 浙江海洋学院
专　业: 农业推广
关键词: 大型回转支承 回转支承轴承 MATLAB优化 ANSYS有限元分析
分类号: U674.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 52次
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内容摘要


随着我国海洋经济的快速发展，越来越多的机械工程师投入大量精力研发和改善海洋类机械设备，以大型海洋起重设备的发展最为迅速，尤其是回转型起重机械。作为回转起重机械中最为重要的基础构件——回转支承装置越来越受到重视，对其大型化的要求也越来越多。回转支承装置是连接设备基座与回转体，完成设备回转运动的构件，主要承担起重机的工作负荷与自重。在大型的回转支承轴承设计中，如果设计不合理，极易出现机械故障，不仅修理繁杂，消耗费用大，还会造成长时间的非正常停机，严重影响工程进度；另一方面，也会导致吊机的日常维护工作繁重，存在安全隐患。所以，针对大型回转支承轴承的性能进行研究，用于指导设计和生产，保证大型涉海起重机的施工安全、提高工程效率和经济效益，具有重要的意义。通过调研，常规三排滚柱回转支承轴承多为5m以内的小型轴承。本文基于舟山海川船舶机械有限公司生产的30m3大型挖泥船疏浚起重机，对该设备的超大型回转支承轴承（单排圆锥回转支承）进行研究，发现其制造加工、结构性能和工作状况均存在不足，决定对其进行创新设计与改造。实现在超10m直径的起重机回转支承轴承上，首次使用三排滚柱型（13系列）轴承结构的目的。克服原单排滚柱轴承曲面加工复杂、制造精度高、安装结构繁琐和海洋防腐性能差等一系列缺陷，为回转支承行业发展做出自己的努力。基于海川公司起重机回转支承轴承的结构性能研究：该起重设备需要的回转支承直径10.01m，机械载荷大（30m3挖泥量/极限载荷500T）、工作环境差、腐蚀性强、维护难度大；在原有安装尺寸基础上，设计出13系列大型回转支承轴承；并对设计零件进行数学建模，进行MATLAB优化设计，得到最优结构尺寸；然后以该数学模型下的最优结构尺寸进行CAD(Solid works)三维建模；通过ANSYS Workbench分析平台，对最优结构尺寸模型进行有限元分析，得出该零件的受载云图和形变，结果均在许用范围内。证明该设计和优化方法的准确合理性，实现改造的目的。通过本次项目改造，最终完成30m3大型挖泥船疏浚起重机回转支承改造工作，设计的大型三排滚柱回转支承轴承满足结构和工况等要求，也证明了设计方法、数学模型和轴承性能分析结果的正确可靠性。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-13
第一章 绪论  13-18
  1.1 课题研究的目的及意义  13-15
  1.2 国内研究现状  15-16
  1.3 回转支承的主要分类  16-17
  1.4 本章总结  17-18
第二章 回转支承行业技术标准  18-22
  2.1 行业标准  18-19
  2.2 参数选定  19
  2.3 方法论证  19-20
  2.4 本章小结  20-22
第三章 轴承选型计算  22-27
  3.1 单排球式和交叉滚柱式  22-24
  3.2 三排滚柱式  24-26
  3.3 本章总结  26-27
第四章 三排滚柱轴承设计与结构分析  27-39
  4.1 原始主要性能与技术参数  27
  4.2 回转支承装置计算  27-35
    4.2.1 回转支承的装置的计算载荷  27-29
    4.2.2 动载荷  29-30
    4.2.3 计算载荷  30-35
  4.3 结构方案分析  35-36
  4.4 齿轮计算  36-37
  4.5 本章总结  37-39
第五章 建立数学模型与有限元分析  39-68
  5.1 MATLAB 概述  39-40
  5.2 结构优化设计方法  40-41
  5.3 数学模型建立  41-46
    5.3.1 建模流程  42-43
    5.3.2 确定并建立目标函数  43-45
    5.3.3 约束函数的确定  45-46
  5.4 MATLAB 优化设计  46-48
    5.4.1 求解数学模型  46-48
    5.4.2 分析数学模型  48
    5.4.3 检验数学模型  48
  5.5 有限元方法  48-67
    5.5.1 ANSYS 建模分析  51-53
    5.5.2 ANSYS workbench 分析  53-55
    5.5.3 三维建模与导入  55
    5.5.4 CAD 结构导入与 ANSYS 分析  55-67
  5.6 本章总结  67-68
第六章 结论  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 进一步工作  69
  6.3 论文总结  69-70
附录 A  70-71
附录 B  71-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
在读期间发表的学术论文及研究成果  76

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 各种船舶 > 工程船 > 挖泥船、碎石船、抛石船
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