【摘 要】
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盾构机刀盘是盾构机关键零部件,在隧道掘进过程中发挥重要作用。刀盘系统中的主轴承是传递掘进动力和运动的核心零件,在工作中承受着巨大的轴向力、倾覆力矩和一定的径向力,其性能、寿命和可靠性直接影响盾构机的施工进度、安全,是决定掘进机使用寿命的机构。当盾构机开始工作后,工作期间一般不具备对其进行维修以及中途更换盾构主轴承的条件。所以对其进行寿命研究十分有必要,现有的针对盾构主轴承进行寿命计算主要基于ISO
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盾构机刀盘是盾构机关键零部件,在隧道掘进过程中发挥重要作用。刀盘系统中的主轴承是传递掘进动力和运动的核心零件,在工作中承受着巨大的轴向力、倾覆力矩和一定的径向力,其性能、寿命和可靠性直接影响盾构机的施工进度、安全,是决定掘进机使用寿命的机构。当盾构机开始工作后,工作期间一般不具备对其进行维修以及中途更换盾构主轴承的条件。所以对其进行寿命研究十分有必要,现有的针对盾构主轴承进行寿命计算主要基于ISO/TS 16281-2008标准。目前关于三排圆柱滚子轴承的寿命研究工作较少,本文以盾构主轴承为研究对象,建立了三排圆柱滚子轴承的力学模型,对盾构主轴承进行了相关的研究。本文主要的研究内容如下所示:（1）根据盾构机的工作状况,首先建立了盾构主轴承的力学模型,对滚动体的变形进行了表示,并通过该力学模型计算得到了主轴承各排滚动体受力值以及滚动体与轴承内外圈的接触应力。依据ISO/TS 16281-2008标准,以及所建立的盾构主轴承力学模型,结合某具体型号的盾构主轴承对其寿命进行了计算,首先分别对主推滚子滚道、径向滚子滚道以及反推滚子滚道的寿命进行计算,最终计算出盾构主轴承整体的寿命值。（2）根据盾构主轴承的寿命计算模型以及轴承的体积模型,以主轴承滚动体的数量、有效长度以及直径为优化变量,建立了盾构主轴承寿命和体积的双目标优化方程,,采用遗传算法对该优化模型进行了求解计算,优化后的结果显示,盾构主轴承的寿命值较优化有了显著的提升。对优化后的主轴承内圈结构进行了有限元分析,验证了优化后结构的安全性。（3）针对盾构主轴承在工作过程中受载随机性的特点,通过将主轴承承受的载荷设置为正态分布来分析随机载荷对盾构主轴承寿命的影响,从而进行了主轴承的可靠性计算,并分析了载荷对轴承寿命影响的灵敏度以及主轴承随机初始载荷发生变化时主轴承的可靠性的变化。（4）基于上述研究工作,本文使用Python语言以及Py Simple GUI第三方库工具包,编写了一款用于计算盾构主轴承寿命以及对盾构主轴承进行结构优化的计算软件,主要用于主轴承的设计研发工作。根据软件中内置的计算算法就可以得到主轴承寿命计算的结果值以及结构优化的方案,可以有效提升主轴承的设计研发效率,减少工作量。
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