【摘要】：軸承、齒輪和液壓是機(jī)構(gòu)元件的三大要素,不同的組合可以制成各種機(jī)械設(shè)備。軸承的發(fā)展決定了一個國家的工業(yè)化水平,其性能取決于設(shè)計、材料、潤滑和加工工藝四個方面。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承會產(chǎn)生很大的離心力,生成大量摩擦熱導(dǎo)致軸承失效。目前通常用陶瓷材料制備滾動體,從材料和潤滑方面改善軸承的性能。陶瓷球軸承在高速、高溫腐蝕等特殊工況中有很大的應(yīng)用前景,但是其韌性差,抗沖擊能力不足,因此陶瓷球軸承在船舶、爆破等要求抗沖擊能力的場合有一定限制。本文制備了碳氮化硅陶瓷材料,并對其性能進(jìn)行測試研究,用此種材料制備滾動體,提高軸承的韌性與抗沖擊能力。使用有限元分析軟件ANSYS對碳氮化硅陶瓷球軸承進(jìn)行力學(xué)分析,主要研究內(nèi)容如下:(1)探究深溝球軸承的運(yùn)動特征,推導(dǎo)理論公式,研究在靜力作用下其內(nèi)部負(fù)荷分布,探索軸承運(yùn)動時的速度、加速度和應(yīng)力應(yīng)變等工作情況。研究軸承的疲勞失效模式,為接下來的軸承材料改性提供理論依據(jù)。(2)采用自蔓延高溫合成和熱壓燒結(jié)法制備β-Si_3(C_x,N_(1-x))_4材料,研究其中碳的溶解度大小,以及碳濃度對材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、力學(xué)以及摩擦學(xué)性能的影響。從中可以知道碳在β-Si_3(C_x,N_(1-x))_4中的溶解度約為10 wt.%,超過此濃度將發(fā)生相的偏析形成Si_3N_4/SiC復(fù)合材料。在固溶狀態(tài)范圍內(nèi),隨著碳濃度的增加,β-Si_3(C_x,N_(1-x))_4的斷裂韌性和耐磨性都增大,當(dāng)材料從固溶體轉(zhuǎn)變成復(fù)合材料時,斷裂韌性和抗磨性能隨碳濃度的增加而降低,主要是由于復(fù)合物中相界缺陷引起的。如果將碳濃度為10%的碳氮化硅材料用作滾動體,能提高韌性,增強(qiáng)軸承的抗沖擊能力。(3)使用ANSYS對碳氮化硅陶瓷球軸承6100進(jìn)行靜力學(xué)分析。發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力存在于底部滾動體和滾道接觸面上,最大形變量發(fā)生在外載荷正下方的內(nèi)圈上。隨著徑向力的增加,滾動體與內(nèi)外圈滾道的接觸應(yīng)力應(yīng)變相應(yīng)增加,并且滾動體與內(nèi)圈的接觸應(yīng)力始終大于滾動體與外圈的接觸應(yīng)力。對比氮化硅軸承與碳氮化硅軸承的最大應(yīng)力值發(fā)現(xiàn),碳氮化硅軸承的力學(xué)性能更加優(yōu)良,存在較小的應(yīng)力。通過與赫茲應(yīng)力進(jìn)行對比,驗證了有限元計算的可行性。(4)使用Workbench對碳氮化硅高速陶瓷球軸承6213進(jìn)行動力學(xué)分析。軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力增大了滾動體與外圈之間的接觸應(yīng)力,而滾動體與保持架之間的接觸應(yīng)力呈現(xiàn)不穩(wěn)定的波動。對比分析氮化硅軸承與碳氮化硅軸承之間的應(yīng)力值變化情況,得知碳氮化硅軸承的應(yīng)力值較小,但是隨著軸承運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定,它們之間差異值變小。軸承滾動體的速度則呈現(xiàn)周期性波動,與內(nèi)圈接觸時達(dá)到峰值,與外圈接觸時速度為0。軸承剛啟動時,加速度波動較大,說明此時軸承的振動明顯,但是運(yùn)轉(zhuǎn)一定時間之后加速度趨于0,運(yùn)轉(zhuǎn)較為平穩(wěn)。通過對軸承的模態(tài)分析,得知在低頻次階段軸承不會產(chǎn)生共振,保持架作為沖壓件,較容易發(fā)生變形,在工藝設(shè)計以及選材方面需要優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

有限元的碳氮化硅高速陶瓷球軸承力學(xué)分析與陶瓷球材料第二章 深溝球軸承理論計算分析化分析為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的支撐元件，它的運(yùn)動看似簡單，內(nèi)大部分工況下外圈固定在軸承座中，靜止不動，內(nèi)實(shí)際上軸承的內(nèi)部運(yùn)動非常復(fù)雜，滾動體在內(nèi)外圈運(yùn)動，而且軸承內(nèi)部元件之間的摩擦滯后力又對研究首先要清楚軸承內(nèi)部的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，圖 2.1 展示圖。

有限元的碳氮化硅高速陶瓷球軸承力學(xué)分析與陶瓷球材料用下的負(fù)荷分布滾道之間相互接觸，在外加徑向載荷的作用下，接常是半圈受載，受載滾動體的數(shù)量為兩個以上，每與自身所處的位置有關(guān)。在此我們需要假設(shè)軸承座外套圈不會產(chǎn)生變形[85]，只會有相對位移，負(fù)荷分

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本文編號：2727719