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复合滚动体球轴承接触特性研究

发布时间:2020-11-10 15:11
   作为机械运动系统中的关键部件,球轴承凭借传动效率高、摩擦系数小等优点,广泛应用于机械设备中。随着现代机械朝着高速、重载、高寿命的趋势发展,传统球轴承常出现振动噪声大、过早疲劳磨损等现象,严重影响设备的正常运转和生产安全。因此,工程上迫切需要开发出一种适用于高速重载工况、使用寿命长的新型球轴承。本文通过对传统球轴承接触性能的研究,分析球轴承结构上的缺陷,并在此基础上提出了复合球轴承的概念;进一步通过理论分析、有限元仿真以及摩擦试验,对复合球轴承的接触性能进行研究。论文主要研究工作如下:(1)基于复合滚珠二元组合结构的特点,分析复合球轴承在力学性能、极限转速等方面的优越性;综合分析影响传统球轴承性能和寿命的主要因素,结合复合球轴承内部载荷分布情况,提出以最大切应力和接触应力作为优化复合球轴承性能和寿命的分析因素。(2)基于Hertz理论与数值分析相结合的方法分析球轴承的接触性能,得出复合球轴承的数值分析方法;进而建立复合球轴承有限元仿真模型,利用Workbench分析重载工况下内层金属材料弹性模量及直径对复合球轴承接触性能的影响规律;对比分析复合球轴承和传统球轴承的接触性能,证明复合球轴承概念的正确性。(3)基于复合球轴承仿真模型,设计合适的试样结构以及加工工艺;进一步设计适合试样的摩擦磨损试验机,详细介绍核心零部件的设计流程及选型,并对重要零件进行强度校核;对比分析多组单一材料试样摩擦试验结果,证明本文设计的摩擦磨损试验机稳定可靠。(4)基于所设计的试验平台,对优化后的钢-钛及钢-铝复合滚珠试样进行摩擦试验;分析磨痕宽度及磨损量等数据的变化趋势,结果表明本文提出的复合球轴承接触性能优于传统球轴承,且结构合理的复合球轴承性能更加优异。本文所提出的复合球轴承,适用于高速重载等工况,为解决轴承振动及过早疲劳失效现象提供了一个研究方向,对于提高机械设备的稳定性及寿命具有重要意义。
【学位单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TH133.33
【部分图文】:

滚珠,结构示意图,实心球,球轴承


图 2.1 复合滚珠结构示意图Fig.2.1 The Schematic diagram of composite ball structu点构的特殊性,使复合球轴承性能优于传统球轴优。由于复合球轴承滚珠内层材料弹性模量低在同等载荷作用下,复合球轴承比实心球轴大接触面积,减小接触应力。基于此,复合球高。实心球轴承滚珠质量大,随着速度的增大滚珠与外圈赫兹接触应力增大,产生较高应早磨损破坏。因此,实心球轴承极限转速受到内层材料密度比轴承钢滚珠低,使其质量减低,从而减小了复合滚珠与外圈之间的应力和

载荷分布,球轴承,滚珠,径向变形


图 2.2 复合球轴承载荷分布Fig.2.2 Load distribution of composite ball bearings分别为 ,则角度 处的滚珠的径向变形: cosmax (2.5)可知:tQQ1max 上式可得: tQQ1 cos,可得滚珠承受的最大载荷:rrZJFQ

运动简图,单次,接触面积,滑动速度


图 2.3 单次循环内运动简图Fig. 2.3 Single-cycle internal motion diagram接触面积上通过的时间为:rvat12 间 t内的滑动速度一直为rv ,接触面积对于速度方向示为: 0112 2avvLvtarcc 。上磨损量计算公式为:L0
【参考文献】

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本文编号:2878070

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