作為機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,球軸承憑借傳動效率高、摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備中。隨著現(xiàn)代機(jī)械朝著高速、重載、高壽命的趨勢發(fā)展,傳統(tǒng)球軸承常出現(xiàn)振動噪聲大、過早疲勞磨損等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn)安全。因此,工程上迫切需要開發(fā)出一種適用于高速重載工況、使用壽命長的新型球軸承。本文通過對傳統(tǒng)球軸承接觸性能的研究,分析球軸承結(jié)構(gòu)上的缺陷,并在此基礎(chǔ)上提出了復(fù)合球軸承的概念;進(jìn)一步通過理論分析、有限元仿真以及摩擦試驗(yàn),對復(fù)合球軸承的接觸性能進(jìn)行研究。論文主要研究工作如下:(1)基于復(fù)合滾珠二元組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),分析復(fù)合球軸承在力學(xué)性能、極限轉(zhuǎn)速等方面的優(yōu)越性;綜合分析影響傳統(tǒng)球軸承性能和壽命的主要因素,結(jié)合復(fù)合球軸承內(nèi)部載荷分布情況,提出以最大切應(yīng)力和接觸應(yīng)力作為優(yōu)化復(fù)合球軸承性能和壽命的分析因素。(2)基于Hertz理論與數(shù)值分析相結(jié)合的方法分析球軸承的接觸性能,得出復(fù)合球軸承的數(shù)值分析方法;進(jìn)而建立復(fù)合球軸承有限元仿真模型,利用Workbench分析重載工況下內(nèi)層金屬材料彈性模量及直徑對復(fù)合球軸承接觸性能的影響規(guī)律;對比分析復(fù)合球軸承和傳統(tǒng)球軸承的接觸性能,證明復(fù)合球軸承概念的正確性。(3)基于復(fù)合球軸承仿真模型,設(shè)計(jì)合適的試樣結(jié)構(gòu)以及加工工藝;進(jìn)一步設(shè)計(jì)適合試樣的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),詳細(xì)介紹核心零部件的設(shè)計(jì)流程及選型,并對重要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核;對比分析多組單一材料試樣摩擦試驗(yàn)結(jié)果,證明本文設(shè)計(jì)的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)穩(wěn)定可靠。(4)基于所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)平臺,對優(yōu)化后的鋼-鈦及鋼-鋁復(fù)合滾珠試樣進(jìn)行摩擦試驗(yàn);分析磨痕寬度及磨損量等數(shù)據(jù)的變化趨勢,結(jié)果表明本文提出的復(fù)合球軸承接觸性能優(yōu)于傳統(tǒng)球軸承,且結(jié)構(gòu)合理的復(fù)合球軸承性能更加優(yōu)異。本文所提出的復(fù)合球軸承,適用于高速重載等工況,為解決軸承振動及過早疲勞失效現(xiàn)象提供了一個(gè)研究方向,對于提高機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性及壽命具有重要意義。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH133.33
【部分圖文】：

圖 2.1 復(fù)合滾珠結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2.1 The Schematic diagram of composite ball structu點(diǎn)構(gòu)的特殊性，使復(fù)合球軸承性能優(yōu)于傳統(tǒng)球軸優(yōu)。由于復(fù)合球軸承滾珠內(nèi)層材料彈性模量低在同等載荷作用下，復(fù)合球軸承比實(shí)心球軸大接觸面積，減小接觸應(yīng)力�；诖�，復(fù)合球高。實(shí)心球軸承滾珠質(zhì)量大，隨著速度的增大滾珠與外圈赫茲接觸應(yīng)力增大，產(chǎn)生較高應(yīng)早磨損破壞。因此，實(shí)心球軸承極限轉(zhuǎn)速受到內(nèi)層材料密度比軸承鋼滾珠低，使其質(zhì)量減低，從而減小了復(fù)合滾珠與外圈之間的應(yīng)力和

圖 2.2 復(fù)合球軸承載荷分布Fig.2.2 Load distribution of composite ball bearings分別為 ，則角度 處的滾珠的徑向變形： cosmax （2.5）可知：tQQ1max 上式可得： tQQ1 cos，可得滾珠承受的最大載荷：rrZJFQ

圖 2.3 單次循環(huán)內(nèi)運(yùn)動簡圖Fig. 2.3 Single-cycle internal motion diagram接觸面積上通過的時(shí)間為：rvat12 間 t內(nèi)的滑動速度一直為rv ，接觸面積對于速度方向示為： 0112 2avvLvtarcc 。上磨損量計(jì)算公式為：L0
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2878070