回转支承承载性能分析方法探微

摘要：随着经济的进步和社会的发展，重工业设备的主机结构在不断完善，回转支承作为其中重要的元件，其设计方式和性能情况受到了社会各界的关注，需利用更加行之有效的检测机制保证回转支承结构的优化运转。文章针对研究回转支承承载性能的理论研究方法进行了分析，并且以高强度螺栓解析法为例阐释了研究过程的计算仿真模型。

关键词：回转支承结构；承载性能；分析方法；重工业设备；主机结构；高强度螺栓 文献标识码：A

中图分类号：TH133 文章编号：1009-2374（2016）30-0085-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.30.041

回转支承结构是重要的机械组成部件，利用滚动体结构和内外圈滚动接触进行力和运动的传递，并且能同时承受径向载荷作用、轴向载荷作用以及倾覆力矩的作用，也就是说，要研究回转支承承载性能就要对其接触问题进行直观研究，确保对高度非线性问题进行深入探讨。

1 回转支承承载性能的理论研究

1.1 回转支承结构的特点

由于回转支承结构是为满足不同工作需求的基础部件，整体构型结构比较多样化，但是主要为两大基本类型：一种是滚动球点接触；另一种是滚动柱线接触，研究人员要针对不同的类型进行优势和缺陷的综合分析。主要特征是：第一，点接触式滚球运动灵活，回转支承回转阻力小；第二，点接触式对精度、刚性以及安装间隙要求低；第三，滚柱线接触面大于滚球点接触面积；第四，点接触滚道结构为曲面，难度要远超线接触加工措施。其中比较典型的点接触式回转支承见图1所示：

1.2 回转支承荷载分布

在计算回转支承结构滚动体和滚道之间的接触应力以及变形情况时，研究人员要针对其荷载分布模型进行仿真分析，从而计算出有效数值，其中针对具体的计算方式，国内外提出了三种比较主流的研究假设：第一，若回转支承结构的内外圈均为刚体结构，则滚动体和滚道接触处会发生负载变形；第二，若是在加工过程中没有出现明显的误差，滚动体和滚道之间接触性较好，则不会出现轴向以及径向的间隙；第三，由于回转支承在实际运转过程中转速较低，所以在性能分析计算时无需考虑离心力。

2 回转支承承载性能研究方法

在对回转支承承载性能进行研究的过程中，主要分为两种模式：一种是基于Hertz接触理论的解析算法；另一种是有限元数值算法。两种算法需要研究人员进行研究机制的分析，并且针对不同算法的应用领域进行深入剖析。

2.1 基于Hertz接触理论的解析算法

对于分析荷载分布以及工程中接触问题的研究人员来说，Hertz接触理论并不陌生，Hertz接触理论主要是针对物体在外载荷作用下的相互接触，对其产生的应力以及应力分布结构的一种科学理论。尤其是在轴承设计过程中，研究人员能利用Hertz接触理论对滚子和滚道之间的应力分布进行优化建模。并且在后人的研究过程中，还在Hertz接触理论的基础上对弹性体线接触问题的特征进行了研究，着重分析了线接触弹性变形的推导公式，实现了理论的完善和进步。

2.2 有限元数值算法

在高速数字电子计算机领域，研究人员主要利用有限元数值算法进行数理方程的求解，在利用变分原理的基础上将分析问题转化成代数算法问题，成为解决工程问题的重要计算工具。在有限元计算方式运行的过程中，主要是利用连续的求解域离散化，并且按照不同的链接方式进行有效的数字组合，将复杂的求解域简单化以及模型化。与此同时，有限元数值算法还有计算分析软件作为系统支撑，能保证对接触分布情况建立有效的模型。

另外，在实际研究回转支承结构性能的时候，研究人员要根据回转支承刚度分析法对其弹性形变进行研究，主要是将回转支承的滚圈直接视为刚体。也可以用ANSYS接触分析法进行数据的计算，其中比较主要的分析模块就是三种接触方式，分别为“点对点”“点对面”“面对面”，由于每一种接触方式都处于不同的接触单元，就需要研究人员针对不同的单元类型进行接触，并对其进行有效识别。因此，在本文中，开始对使用的高强螺栓计算法对回转支承性能进行分析，使相关学者能遵循该方法使用的相关标准以及行为规范，从而促进其研究的效率性发展。

3 回转支承用高强度螺栓解析法进行性能分析

本文针对回转支承结构使用高强度螺栓解析法进行性能分析，在分析过程中主要是对螺栓的刚度、强度进行分析，并且利用一个实例进行数值的计算，从而得出基本的性能分析结构。

3.1 利用解析法进行回转支承螺栓刚度性能分析

在螺栓结构运行过程中，由于荷载偏移，就会导致螺栓结构既要承受来自拉力的作用，也要承受来自弯矩的作用，要对其数值进行计算就要对外载荷作用的总拉力进行计算，从而利用公式以及进行螺栓刚度的计算。

3.2 利用解析法进行回转支承螺栓强度性能分析

基于回转支承螺栓在实际运作过程中会受到交变载荷的作用力，若是螺栓内径所处的剖面结构发生拉断或者是疲劳断裂就会导致整体结构失效，研究人员要对其静强度以及疲劳强度进行计算，以保证整体性能分析结构和机制的完整。在计算前，研究人员要对螺栓所受到的轴向拉力进行分析，并且对危险螺栓结构的总拉力数值进行有效的分析。

3.2.1 静强度计算。在研究螺栓静强度的过程中，研究人员要仔细分析具体的数据，然后保证螺栓的静压力小于或者是等于螺栓结构的屈服强度，其螺栓静压力数值为。

3.2.2 疲劳强度计算。在分析疲劳强度数据的过程中，研究人员首先要判断造成回转支承结构产生疲劳强度的原因，在这其中，比较突出的因素就是应力幅，研究人员要利用应力幅允许范围对其数值进行有效核对和比较，在回转支承结构正常运行时，要满足，而对于交变应力幅的求解，需要利用公式，特别要注意的是是回转支承结构中高强螺栓的疲劳极限应力幅，数值并不与预紧强度相关，要利用公式进行计算，式中，d是回转支承内部螺栓的公称直径。

3.3 实例分析

针对某一模型进行工况的计算，具体参数见图2。假设内外滚圈有36个M16的高强螺栓均匀分布，且整体螺栓性能的等级为10.9，结构的预紧强度数值控制在630～650MPa之间，利用轴向荷载以及倾覆力矩进行工况的计算。另外，可以利用公式求解出螺栓在单位荷载作用情况下的变形量，再对螺栓刚度进行计算，然后针对不同的尺寸进行运行结构的计算，求解Cm=1598500、Cb=530750，最终将整理后的数值直接带入到拉力公式中：，再利用上文提到的公式最终得出静应力和交变应力，从而保证回转支承结构中高强螺栓性能参数符合实际的标准规范。

4 结语

总而言之，在对回转支承结构性能进行研究的过程中，研究人员要根据实际情况建立最优化的项目分析机制，以保证对结构系统进行全方位的解构。只有保证对结构参数进行有效的优化设计，才能真正实现回转支承元件的良性运作。特别是对高强螺栓数据的处理，研究人员要针对螺栓连接性能进行仔细比对，才能保证回转支承结构的安全运动。

参考文献

[1] 杨文利，王利志，王国军，等.高炉布料器回转支承事故浅析[A].2013年河北省炼铁技术暨学术年会论文集[C].2013.

[2] 郑岩.回转支承承载性能分析与优化[D].合肥工业大学，2014.

[3] 李静.65t抱罐车转向回转支承选型计算[J].山东工业技术，2014，36（23）.