复合结构圆柱滚子轴承接触特性研究

摘要

滚动轴承是我国制造业发展中的一个重要基础零部件，承载了我国先进的制造技术。轴承工业的发展对于我国制造业的发展来说有着十分重要的作用，在本文的研究中，主要分析圆柱滚子轴承的接触特性。首先采用有限元方法和经典赫兹接触理论计算方法对单一材料圆柱滚子轴承的接触应力与变形进行计算，并将两种方法得到的计算结果进行比较，比较结果表明：两种计算方法结果误差在10%以内，由此可知，有限元方法对计算轴承接触问题具有准确性。 本课题通过对传统圆柱滚子轴承接触性能的研究，分析圆柱滚子轴承结构上的缺陷，并在此基础上提出了复合圆柱滚子轴承的概念；进一步通过理论分析、有限元仿真以及摩擦试验，对复合圆柱滚子轴承的接触性能进行研究。课题研究的主要内容如下： （1）基于ANSYS有限元仿真软件，建立了圆柱滚动体接触有限元模型。对比分析接触半宽和接触变形量的仿真值与理论计算值，验证了圆柱滚子轴承有限元模型建立的合理性和有限元方法分析圆柱滚动体接触问题的可靠性。 （2）建立钢钛复合弹性圆柱滚动体接触有限元模型与钢-铅基复合弹性圆柱滚动体接触有限元模型。在相同载荷下，分析两种双金属复合圆柱滚动体的接触压力和接触变形随外层金属厚度的变化规律。得出结论：钢钛复合圆柱滚动体比钢-铅基复合圆柱滚动体具有更好的接触性能。 （3）针对圆柱滚动体接触分析，设计圆柱滚动体接触摩擦试验机构。通过三组单一材料圆柱滚动体摩擦磨损试验结果分析可知，本文设计的圆柱滚动体摩擦磨损机构有较好的运行平稳性、试验可靠性。 （4）通过对不同外层金属厚度的钢钛复合圆柱滚动体和钢-铅基复合圆柱滚动体进行试验。两种双金属复合圆柱滚动体相比单一材料圆柱滚动体磨痕宽度较大，磨损量较小。说明较大的磨痕宽度不是磨损过深产生的，而是接触变形引起的。钢钛复合圆柱滚动体比钢-铅基复合圆柱滚动体具有更好的摩擦性能。

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ABSTRACT

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2接触理论现状及其发展

1.2.1Hertz接触理论

1.2.2统计学接触理论

1.3国内外研究现状

1.3.1滚动体－滚道接触副的接触力学特性研究

1.3.2圆柱滚子轴承负荷特性研究

1.4本文研究内容

第二章 接触理论

2.1研究介绍

2.2接触理论

2.2.1Hertz接触模型

2.2.2Bradley刚性粘附接触模型

2.2.3JKR粘附接触模型

2.3.1基本假设

2.3.2空间接触问题的赫兹理论

2.4本章小结

第三章 有限元接触分析

3.1有限元分析方法介绍和软件介绍

3.1.1有限元分析法基础理论

3.1.2有限元软件介绍

3.2接触问题有限元分析

3.2.1接触问题的基础

3.2.2接触问题的分类

3.2.3有限元接触问题概况

3.3单一材料轴承接触分析

3.3.1建立有限元模型

3.3.2创建材料属性和装配件

3.3.3定义边界条件和载荷

3.3.4建立接触和划分网格

3.3.5数值分析与理论分析结果比较

3.4复合材料轴承接触分析

3.4.1建立有限元模型

3.4.2创建材料属性和装配件

3.4.3定义边界条件和载荷

3.4.4建立接触和划分网格

3.4.5不同基体材料有限元分析结果讨论

3.5本章小结

第四章 接触试验设计

4.1试验原理

4.1.1 实验原理

4.1.2 试样

4.2摩擦试验机构介绍及组成

4.3圆柱滚动体接触摩擦试验机构主要组成系统设计

4.3.1动力部件

4.3.1.1磨轮轴设计

4.3.1.3联轴器的选用

4.3.1.4带座轴承的选用

4.3.2加载机构

4.3.2.1杠杆设计

4.4本章小结

第五章 接触摩擦试验分析

5.1试验设备

5.1.1圆柱滚动体接触摩擦试验机构

5.1.2接触宽度与及磨损量的测量

5.2试验内容说明

5.3圆柱滚动体接触摩擦试验结果与分析

5.3.1圆柱滚动体接触摩擦磨痕宽度分析

5.3.2圆柱滚动体接触摩擦磨损量分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1研究总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所取得的主要成果

一、发表学术论文