【摘要】：滾動軸承具有結(jié)構(gòu)簡單,功耗小,摩擦力矩小,效率高,互換性好等優(yōu)點,是軸和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的最重要支撐之一。但國產(chǎn)軸承在制造工藝及熱處理等方面與國外相比還存在不少差距,為了揭示滾動軸承微裂紋擴展演變機制及其對軸承使用壽命的作用機理,本文以6008深溝球軸承為研究對象,基于ABAQUS平臺開展研究,論文的主要研究工作和取得的成果如下:(1)以6008深溝球軸承為研究對象,為了分析其接觸行為而在ABAQUS環(huán)境中建立了軸承的三維仿真模型,在不考慮微裂紋的情況下對軸承進行了靜力學(xué)分析,結(jié)果表明滾動體與內(nèi)環(huán)、外環(huán)接觸部位的應(yīng)力應(yīng)變呈橢圓形的分布規(guī)律,最大等效應(yīng)力和接觸壓應(yīng)力出現(xiàn)在滾動體與內(nèi)環(huán)外滾道接觸部位且位于徑向方向。同時,將最大接觸壓應(yīng)力、應(yīng)變的有限元分析解與赫茲理論計算結(jié)果進行了對比分析,驗證了軸承三維仿真模型與有限元分析方法的有效性。(2)為了與滾動軸承微裂紋擴展后的使用壽命形成對比,將不考慮微裂紋的軸承靜力學(xué)分析結(jié)果導(dǎo)入壽命分析軟件nCode Design-Life中,計算得到軸承的最小使用壽命。同時,在McEvily公式、三維等效應(yīng)力強度因子公式基礎(chǔ)上,對微裂紋擴展后軸承的使用壽命公式進行推導(dǎo),提出了改進的滾動軸承微裂紋擴展使用壽命計算式。(3)研究了軸承負載對微裂紋擴展路徑演變和使用壽命的影響作用。結(jié)果表明,微裂紋同時沿著軸承的接觸表面和法向三維自由擴展;隨著徑向載荷不斷增大,微裂紋擴展速率不斷增加,軸承使用壽命不斷減小;軸承微裂紋擴展是由三種模式應(yīng)力強度因子共同作用的結(jié)果,其中,微裂紋尖端的Ⅱ型損傷的影響作用最大,Ⅰ型次之,Ⅲ型損傷影響作用最小,這說明在微裂紋擴展過程中滑移型位移占主導(dǎo)作用,而張開型位移與撕開型位移起輔助作用。(4)以微裂紋的預(yù)制位置為變量,分析了微裂紋的擴展路徑和計算了微裂紋尖端的應(yīng)力強度因子。結(jié)果發(fā)現(xiàn),微裂紋預(yù)制在內(nèi)環(huán)滾道處時,滾道表面微裂紋的擴展路徑總體呈現(xiàn)出“V”字型演變,且在軸承法向截面上分析出微裂紋擴展后發(fā)生了剝落,其微裂紋擴展速率最大,對應(yīng)軸承使用壽命最小。當微裂紋預(yù)制在滾動體處時,相比于其它裂紋預(yù)制位置,其微裂紋擴展速率最小,對應(yīng)軸承使用壽命最大,且通過對其法向截面上的分析,微裂紋擴展路徑上的富集區(qū)單元發(fā)生了橫向損傷,這種損傷有導(dǎo)致滾動體材料的發(fā)生剝落的趨勢。因此,當內(nèi)環(huán)滾道處存在微裂紋時會大幅度地降低軸承的使用壽命。
【圖文】：

東華大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 滾動軸承的有限元分析方法及其有效性研究一形成有限元分析模型，如圖 2.1（b）所示。根據(jù)《軸承手冊》[42]所記載的關(guān)于 6008深溝球軸承的尺寸數(shù)據(jù)，其基本幾何參數(shù)如表 2-1 所示。表 2-1 6008 軸承的基本幾何參數(shù)名稱 代號 數(shù)值軸承直徑（mm） D 68軸承內(nèi)徑（mm） d 40軸承寬度（mm） B 15滾珠直徑（mm） DW7.938接觸角（/°） α 0

軸承進行有限元仿真時，要完全模擬軸承的實際工況結(jié)構(gòu)模型的同時，只能選取關(guān)鍵的邊界條件去模擬軸溝球軸承設(shè)定的運動方式為外環(huán)固定，內(nèi)環(huán)隨著主軸荷的作用。因此添加的邊界為：1）在全局坐標系下約動自由度和轉(zhuǎn)動自由度來模擬軸承座對軸承外環(huán)的固軸向是固定的，約束外圈側(cè)面的軸向自由度，內(nèi)環(huán)只允向的變形；3）為不影響軸承的泊松效應(yīng)，對 1/8 軸承束；4）為模擬軸承保持架的作用，只允許滾珠在徑向發(fā)和外環(huán)都存在接觸，，以內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾道為主表面，建立面對面接觸對，在切向?qū)傩灾性O(shè)置接觸摩擦系數(shù)觸”并用增廣拉格朗日子乘法增強接觸模型的收斂性承工作時受到的交變載荷，為了在 ABAQUS 中模擬解析場的方式來添加正弦交變徑向載荷。添加邊界條型如圖 2.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH133.33

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本文編號：2656659