本文關(guān)鍵詞：高速角接觸陶瓷球軸承滾道接觸應(yīng)力場(chǎng)分析

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【摘要】：高速角接觸陶瓷球軸承因其突出的性能優(yōu)勢(shì),成為了高速機(jī)床中的重要零件,而其疲勞壽命一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。軸承滾道表層的實(shí)際應(yīng)力分布狀態(tài)對(duì)其疲勞壽命有重要影響。軸承滾道表層的實(shí)際應(yīng)力場(chǎng)由加工過(guò)程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力場(chǎng)與特定工況下的工作應(yīng)力場(chǎng)耦合而成。因此,在工況確定時(shí),分析并總結(jié)出有利于提高軸承滾道疲勞壽命的表層殘余應(yīng)力場(chǎng)特征,對(duì)軸承滾道的加工具有重要的指導(dǎo)意義。本文主要以B7008C軸承為研究對(duì)象,先運(yùn)用擬動(dòng)力學(xué)模型及有限元軟件分析了特定工況下軸承內(nèi)滾道的工作應(yīng)力分布,再將具有不同特征的殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力耦合,根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際應(yīng)力場(chǎng)分析不同殘余應(yīng)力特征對(duì)軸承滾道疲勞壽命的影響,具體工作如下：針對(duì)B7008C軸承,總結(jié)了有關(guān)高速角接觸陶瓷球軸承的基本理論,為軸承的擬動(dòng)力學(xué)分析與計(jì)算打下了基礎(chǔ),其中包括：角接觸球軸承的基本幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系；根據(jù)Hertz理論計(jì)算接觸應(yīng)力與變形的方法；滾動(dòng)軸承中的彈流潤(rùn)滑理論；高速工況下角接觸球軸承的慣性效應(yīng),主要包括離心力與陀螺力矩對(duì)接觸角、接觸應(yīng)力等的影響及其計(jì)算公式。最后,選擇擬動(dòng)力學(xué)模型來(lái)計(jì)算B7008C軸承的各種力學(xué)參數(shù)。在擬動(dòng)力學(xué)模型中,考慮角接觸球軸承中滾動(dòng)體與滾道間的自旋運(yùn)動(dòng),運(yùn)用基于彈流潤(rùn)滑理論計(jì)算滾動(dòng)體與滾道間摩擦力分布的經(jīng)驗(yàn)公式,然后根據(jù)軸承的受力分析,列出滾動(dòng)體載荷平衡方程組、套圈平衡方程組、變形協(xié)調(diào)關(guān)系方程組以及載荷-變形關(guān)系方程組,并在Matlab中編程將上述方程組聯(lián)立求解,計(jì)算出B7008C軸承在特定工況下的法向載荷分布、摩擦力分布、接觸角分布、滾動(dòng)體自轉(zhuǎn)速度與公轉(zhuǎn)速度等參數(shù)。在ANSYS Workbench中建立B7008C軸承內(nèi)圈模型,運(yùn)用擬動(dòng)力學(xué)模型求解的力學(xué)參數(shù)作為邊界條件,求解并分析了內(nèi)滾道表層的正應(yīng)力及最大切應(yīng)力分布。正應(yīng)力的分布結(jié)果表明滾道表層接觸區(qū)附近主要為壓應(yīng)力,其余部分有拉應(yīng)力,但數(shù)值較小,且不在裂紋萌生處；以最大切應(yīng)力的分布作為判斷軸承滾道疲勞壽命的依據(jù),結(jié)果表明：隨著轉(zhuǎn)速的升高,滾道表層最大切應(yīng)力峰值更大且更靠近表面,軸承滾道的疲勞壽命隨之降低。在分析軸承滾道磨削加工形成的表層殘余應(yīng)力特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,以殘余應(yīng)力分布中的表面應(yīng)力值、轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)力值及轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)力深度作為變量,將具有上述不同特征的殘余應(yīng)力場(chǎng)與特定工況下的工作應(yīng)力場(chǎng)在ANSYS Workbench中進(jìn)行了耦合分析,以實(shí)際最大切應(yīng)力分布為依據(jù),分析了不同殘余應(yīng)力特征對(duì)疲勞壽命的影響,結(jié)果表明：磨削加工形成的殘余應(yīng)力能有效提高滾道疲勞壽命,殘余應(yīng)力分布中的表面應(yīng)力值、轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)力值及深度增加時(shí),滾道疲勞壽命會(huì)相應(yīng)增加,但這種增益作用在上述特征值達(dá)到某一臨界值后便無(wú)明顯體現(xiàn)。同時(shí),在軸承轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí),殘余應(yīng)力的特征值對(duì)軸承疲勞壽命的影響也有所不同,其臨界值會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而降低。
【關(guān)鍵詞】：角接觸陶瓷球軸承 擬動(dòng)力學(xué) 軸承滾道 接觸應(yīng)力 殘余應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH133.3
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 課題研究背景與意義13-14
• 1.2 高速機(jī)床及軸承的發(fā)展概況14-16
• 1.2.1 高速機(jī)床的發(fā)展概況14-15
• 1.2.2 高速軸承的發(fā)展概況15
• 1.2.3 高速陶瓷球軸承的發(fā)展概況15-16
• 1.3 滾動(dòng)軸承疲勞壽命研究概況16-17
• 1.4 軸承滾道表層應(yīng)力研究概況17-20
• 1.4.1 軸承滾道表層殘余應(yīng)力研究概況17-18
• 1.4.2 軸承滾道表層工作應(yīng)力研究概況18-19
• 1.4.3 軸承滾道殘余應(yīng)力場(chǎng)與工作應(yīng)力場(chǎng)耦合研究概況19-20
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 第2章 高速角接觸陶瓷球軸承理論分析基礎(chǔ)21-31
• 2.1 角接觸球軸承的幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系21-23
• 2.1.1 角接觸球軸承的幾何學(xué)關(guān)系21-22
• 2.1.2 角接觸球軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系22-23
• 2.2 角接觸球軸承中的接觸壓力與變形23-27
• 2.2.1 赫茲接觸理論簡(jiǎn)介23-24
• 2.2.2 角接觸球軸承中的接觸壓力24-26
• 2.2.3 角接觸球軸承中的接觸變形26-27
• 2.3 角接觸球軸承中的潤(rùn)滑與摩擦27-28
• 2.4 角接觸球軸承在高速工況下的力學(xué)特點(diǎn)28-29
• 2.5 高速角接觸球軸承的擬動(dòng)力學(xué)分析模型29
• 2.6 本章小結(jié)29-31
• 第3章 高速角接觸陶瓷球軸承的擬動(dòng)力學(xué)分析31-45
• 3.1 擬動(dòng)力學(xué)模型的基本假設(shè)與軸承的工況參數(shù)31
• 3.2 角接觸球軸承滾動(dòng)體與滾道間摩擦力的計(jì)算31-34
• 3.2.1 滾動(dòng)體的自旋運(yùn)動(dòng)31-33
• 3.2.2 滾動(dòng)體與滾道接觸面的滑動(dòng)速度33
• 3.2.3 滾動(dòng)體與滾道間摩擦力的計(jì)算33-34
• 3.3 B7008C軸承擬動(dòng)力學(xué)方程組的建立34-37
• 3.4 擬動(dòng)力學(xué)方程組的求解37-39
• 3.5 擬動(dòng)力學(xué)方程組的結(jié)果分析39-43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 第4章 高速角接觸陶瓷球軸承滾道工作應(yīng)力場(chǎng)分析45-51
• 4.1 有限元模型的建立與網(wǎng)格的劃分45-46
• 4.2 邊界條件的施加46
• 4.3 工作應(yīng)力有限元仿真結(jié)果分析46-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第5章 高速角接觸陶瓷球軸承滾道應(yīng)力場(chǎng)耦合分析51-63
• 5.1 軸承滾道表層磨削殘余應(yīng)力場(chǎng)特征51-52
• 5.2 軸承滾道表層應(yīng)力場(chǎng)耦合分析52-59
• 5.2.1 表面殘余應(yīng)力值對(duì)軸承滾道表層實(shí)際應(yīng)力場(chǎng)的影響53-55
• 5.2.2 轉(zhuǎn)折點(diǎn)殘余應(yīng)力值對(duì)軸承滾道表層實(shí)際應(yīng)力場(chǎng)的影響55-57
• 5.2.3 轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度對(duì)軸承滾道表層實(shí)際應(yīng)力場(chǎng)的影響57-59
• 5.3 軸承滾道表層殘余應(yīng)力場(chǎng)對(duì)軸承疲勞壽命的影響59-61
• 5.3.1 軸承疲勞壽命的計(jì)算方法59
• 5.3.2 表面殘余應(yīng)力值對(duì)軸承疲勞壽命的影響59-60
• 5.3.3 轉(zhuǎn)折點(diǎn)殘余應(yīng)力值對(duì)軸承疲勞壽命的影響60
• 5.3.4 轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度對(duì)軸承疲勞壽命的影響60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 致謝69-70
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表70

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