掘进机主轴承及其载荷分布计算方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种掘进机主轴承及其载荷分布计算方法和系统，其通过将第一外圈和第二外圈上下连接为整体外圈后套设在内圈上，只在整体外圈和内圈之间形成两排滚道，在主推滚道上设置圆柱滚动体、在辅推滚道上设置球滚动体，主推滚子与主推滚道呈线接触、辅推滚子与辅推滚道呈点接触，从而形成一种点线混合接触形式的球柱联合转盘轴承结构，由于在掘进机主轴承结构中，径向滚子和辅推滚子承受的载荷相对主推滚子较小，因此，本发明专利技术中通过球滚动体与辅推滚道之间的点接触形式，辅推滚子可以同时承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩载荷，无需再单独设置一排径向滚子和对应的滚道，在保证承载可靠性的前提下，大大简化了掘进机主轴承的结构。承的结构。承的结构。

【技术实现步骤摘要】
掘进机主轴承及其载荷分布计算方法和系统


[0001]本专利技术涉及掘进机
，特别地，涉及一种掘进机主轴承，另外，还涉及上述掘进机主轴承的载荷分布计算方法和系统。

技术介绍

[0002]掘进机是一种用于隧道挖掘的工程机械，集机、电、液及信息技术为一体，可进行长距离、高深度、大直径隧道的挖掘工作，并能适应恶劣的工作环境，工作过程自动化、智能化，工作效率高，且无需人工干预，极大地减轻了施工人员的工作负担。掘进机在隧道挖掘的过程中，主轴承具有十分重要的作用，需要承担掘进过程中泥土或岩石施加给刀盘的轴向载荷、径向载荷以及倾覆力矩。现有的掘进机主轴承一般为三排圆柱滚子轴承，包括一个内圈、两个外圈、三排圆柱滚子和保持架组成，其中，主推滚子承受轴向载荷和倾覆力矩、辅推滚子承受倾覆力矩、径向滚子单独承受径向载荷，整体结构较为复杂。另外，现有主轴承的载荷分布方法只适用于点或线单一接触形式的转盘轴承，对于点、线混合接触形式的载荷分布计算则无法适用。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种掘进机主轴承及其载荷分布计算方法和系统，以解决现有掘进机主轴承采取三排圆柱滚子轴承结构存在的结构复杂的技术问题。
[0004]根据本专利技术的一个方面，提供一种掘进机主轴承，包括第一外圈、辅推滚子、第二外圈、主推保持架、主推滚子、内圈和辅推保持架，所述第一外圈和第二外圈上下固定连接为整体外圈并套设在内圈上，所述第一外圈与所述内圈之间形成主推滚道，所述第二外圈与所述内圈之间形成辅推滚道，所述主推滚子通过主推保持架安装在主推滚道内，所述辅推滚子通过辅推保持架安装在辅推滚道内，所述主推滚子为圆柱滚子，其与主推滚道的接触形式为线接触，用于承受轴向载荷和倾覆力矩，所述辅推滚子为球滚子，其与辅推滚道的接触形式为点接触，用于承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩。
[0005]进一步地，所述主推滚子与第一外圈和内圈之间分别形成线接触，两条接触线组成第一接触对，所述第一外圈的底端内壁设置有第一圆弧面，所述第二外圈的顶端内壁设置有第二圆弧面，所述内圈的外侧壁上设置有第三圆弧面和第四圆弧面，第一圆弧面与第三圆弧面相对设置、第二圆弧面与第四圆弧面相对设置，四个圆弧面为等弧设计且呈对称分布，所述辅推滚子与第一圆弧面和第三圆弧面之间为点接触，两个接触点组成第二接触对，所述辅推滚子与第二圆弧面和第四圆弧面之间也为点接触，这两个接触点组成第三接触对。
[0006]另外，本专利技术还提供一种掘进机主轴承的载荷分布计算方法，用于对如上所述的掘进机主轴承的载荷分布进行计算，包括以下内容：
[0007]获取主轴承的几何参数、材料参数和载荷参数；
[0008]基于载荷参数对掘进机主轴承施加外部载荷，并在施加载荷后基于几何参数和材
料参数分别计算主推滚子和辅推滚子的变形量；
[0009]基于主推滚子和辅推滚子的变形量计算结果分别计算主推滚子和辅推滚子作用于内圈的载荷；
[0010]基于主推滚子和辅推滚子作用于内圈的载荷计算结果对内圈进行力学平衡分析，得到内圈的轴向位移量、径向位移量和角位移量，并计算得到每个主推滚子和辅推滚子所承受的载荷。
[0011]进一步地，基于下式计算主推滚子的变形量：
[0012][0013]其中，表示第i个主推滚子的变形量，D
pw1
表示主推滚子的分布圆直径，δ
a
表示内圈的轴向位移量，P
a
表示轴向游隙，θ表示内圈的角位移量，表示第i个主推滚子的位置分布角，m表示主推滚子的数量。
[0014]进一步地，辅推滚子的变形量包括第二接触对和第三接触对所产生的变形量，其中，基于下式计算第二接触对所产生的变形量：
[0015][0016]其中，表示第i个辅推滚子的第二接触对所产生的变形量，A0表示当辅推滚子与辅推滚道完全接触且接触变形为0时，内外圈沟曲率中心之间的距离，表示辅推滚子受载后，第i个辅推滚子的位置分布角处的第二接触对的沟曲率中心距离，n表示辅推滚子的数量；
[0017]基于下式计算第三接触对所产生的变形量：
[0018][0019]其中，表示第i个辅推滚子的第三接触对所产生的变形量，表示辅推滚子受载后，第i个辅推滚子的位置分布角处的第三接触对的沟曲率中心距离。
[0020]进一步地，基于下式计算主推滚子作用于内圈的载荷：
[0021][0022]其中，表示第i个主推滚子作用于内圈的载荷，K
m
表示主推滚子的线接触弹性变形常数。
[0023]进一步地，基于下式计算辅推滚子的第二接触对作用于内圈的载荷：
[0024][0025]其中，表示第i个辅推滚子的第二接触对作用于内圈的载荷，K
s
表示辅推滚子的线接触弹性变形常数；
[0026]基于下式计算辅推滚子的第三接触对作用于内圈的载荷：
[0027][0028]其中，表示第i个辅推滚子的第三接触对作用于内圈的载荷。
[0029]进一步地，对内圈进行力学平衡分析的过程具体为：
[0030]分别对各辅推滚子的第二接触对和第三接触对的接触角进行更新计算；
[0031]基于更新后的接触角分别在轴向、径向和内圈旋转方向上构建静力学平衡方程，以构建静力学平衡方程组；
[0032]利用拟牛顿法对静力学平衡方程组进行求解，得到内圈的轴向位移量、径向位移量和角位移量。
[0033]进一步地，轴向的静力学平衡方程为：
[0034][0035]径向的静力学平衡方程为：
[0036][0037]内圈旋转方向的静力学平衡方程为：
[0038][0039]其中，F
a
、F
r
和M
k
分别表示轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩载荷，m和n分别表示主推滚子和辅推滚子的数量，表示第i个主推滚子作用于内圈的载荷，和分别表示第i个辅推滚子的第二接触对和第三接触对作用于内圈的载荷，和分别表示轴承受载后，第i个辅推滚子的第二接触对和第三接触对在分布角处的接触角，表示第i个辅推滚子的位置分布角，D
pw1
和D
pw2
分别表示主推滚子和辅推滚子的分布圆直径，表示第
i个主推滚子的位置分布角，d
c
表示表示主推滚道和辅推滚道的分布平面之间的距离。
[0040]另外，本专利技术还提供一种掘进机主轴承的载荷分布计算系统，用于对如上所述的掘进机主轴承的载荷分布进行计算，包括：
[0041]参数获取模块，用于获取主轴承的几何参数、材料参数和载荷参数；
[0042]变形量计算模块，用于基于载荷参数对掘进机主轴承施加外部载荷，并在施加载荷后基于几何参数和材料参数分别计算主推滚子和辅推滚子的变形量；
[0043]载荷计算模块，用于基于主推滚子和辅推滚子的变形量计算结果分别计算主推滚子和辅推滚子作用于内圈的载荷；
[0044]平衡分析模块，用于基于主推滚子和辅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掘进机主轴承，其特征在于，包括第一外圈(1)、辅推滚子(2)、第二外圈(3)、主推保持架(4)、主推滚子(5)、内圈(6)和辅推保持架(7)，所述第一外圈(1)和第二外圈(3)上下固定连接为整体外圈并套设在内圈(6)上，所述第一外圈(1)与所述内圈(6)之间形成主推滚道，所述第二外圈(3)与所述内圈(6)之间形成辅推滚道，所述主推滚子(5)通过主推保持架(4)安装在主推滚道内，所述辅推滚子(2)通过辅推保持架(7)安装在辅推滚道内，所述主推滚子(5)为圆柱滚子，其与主推滚道的接触形式为线接触，用于承受轴向载荷和倾覆力矩，所述辅推滚子(2)为球滚子，其与辅推滚道的接触形式为点接触，用于承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩。2.如权利要求1所述的掘进机主轴承，其特征在于，所述主推滚子(5)与第一外圈(1)和内圈(6)之间分别形成线接触，两条接触线组成第一接触对，所述第一外圈(1)的底端内壁设置有第一圆弧面，所述第二外圈(3)的顶端内壁设置有第二圆弧面，所述内圈(6)的外侧壁上设置有第三圆弧面和第四圆弧面，第一圆弧面与第三圆弧面相对设置、第二圆弧面与第四圆弧面相对设置，四个圆弧面为等弧设计且呈对称分布，所述辅推滚子(2)与第一圆弧面和第三圆弧面之间为点接触，两个接触点组成第二接触对，所述辅推滚子(2)与第二圆弧面和第四圆弧面之间也为点接触，这两个接触点组成第三接触对。3.一种掘进机主轴承的载荷分布计算方法，用于对如权利要求2所述的掘进机主轴承的载荷分布进行计算，其特征在于，包括以下内容：获取主轴承的几何参数、材料参数和载荷参数；基于载荷参数对掘进机主轴承施加外部载荷，并在施加载荷后基于几何参数和材料参数分别计算主推滚子和辅推滚子的变形量；基于主推滚子和辅推滚子的变形量计算结果分别计算主推滚子和辅推滚子作用于内圈的载荷；基于主推滚子和辅推滚子作用于内圈的载荷计算结果对内圈进行力学平衡分析，得到内圈的轴向位移量、径向位移量和角位移量，并计算得到每个主推滚子和辅推滚子所承受的载荷。4.如权利要求3所述的掘进机主轴承的载荷分布计算方法，其特征在于，基于下式计算主推滚子的变形量：其中，表示第i个主推滚子的变形量，D
pw1
表示主推滚子的分布圆直径，δ
a
表示内圈的轴向位移量，P
a
表示轴向游隙，θ表示内圈的角位移量，表示第i个主推滚子的位置分布角，m表示主推滚子的数量。5.如权利要求3所述的掘进机主轴承的载荷分布计算方法，其特征在于，辅推滚子的变形量包括第二接触对和第三接触对所产生的变形量，其中，基于下式计算第二接触对所产生的变形量：其中，表示第i个辅推滚子的第二接触对所产生的变形量，A0表示当辅推滚子与辅
推滚道完全接触且接触变形为0时，内外圈沟曲率中心之间的距离，表示辅推滚子受载后，第i个辅推滚子的位置分布角处的第二接触对的沟曲率中心距离，n表...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，麻成标，陈浩林，张思颖，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：