基于真实粗糙表面的滚动轴承润滑特性分析

发布时间：2017-03-26 15:00

  本文关键词：基于真实粗糙表面的滚动轴承润滑特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：滚动轴承的承载能力设计是以Hertz理论为基础的,而Hertz理论仅仅适用于两个光滑表面之间的静态干接触。但滚动轴承的滚子与滚道表面不可能是绝对光滑的;与此同时,由于表面粗糙度的存在,还会引起滚动轴承在运转过程中的时变效应。因此,基于混合弹流润滑理论,探讨滚动轴承接触表面的粗糙度效应是完全必要的。本文首先应用表面粗糙度轮廓测量仪实测了具有横向纹理的圆盘试件的表面粗糙度数据;然后,运用傅里叶非线性变换拟合出粗糙度函数,并将其叠加到油膜厚度方程中,从而建立了滚动轴承混合热弹流润滑模型。基于此模型,在固定润滑油参数和滚动轴承参数不变的基础上,通过改变接触表面的粗糙度数据,应用多重网格法等数值方法,针对重载工况共进行了315组数值计算,定量分析了表面粗糙度对滚动轴承润滑特性的影响。综合本文研究成果,可得出如下结论:(1)粗糙表面接触时的压力分布及其次表面应力分布与Hertz分布相比具有较大差异,且粗糙度越大,彼此之间的差异就越明显。(2)由于表面横向粗糙纹理的“泵效应”影响,粗糙表面接触时的平均油膜厚度hav,r始终大于光滑表面接触时的膜厚值hav,s;且粗糙度σ越大,hav,r与hav,s的差异就越大。(3)为了保证滚动轴承的使用寿命,要通过合理选择润滑油粘度或适当提高滚动轴承加工精度等措施,尽量保证油膜比厚λ1.5,这里λ被定义为hav,r与σ的比值,即λ=hav,r/σ。(4)滚动轴承的润滑状态与综合粗糙度σ密切相关。随着σ的不断增大,其润滑状态由全膜润滑(λ3),逐渐过渡到混合润滑状态(1≤λ≤3);如果表面粗糙度σ继续增大,其润滑状态则变为边界润滑(λ1);相应地,接触载荷由润滑油膜主要承担,逐步转变为由润滑油膜和表面粗糙峰联合承担,直到由粗糙峰主要承担。(5)接触区次表面主剪应力最大值τmax,r与综合粗糙度σ之间呈抛物线关系。对于本文所探究的滚动轴承运转工况而言,当σ0.1(μm)时,τmax,r小于光滑表面接触时次表面主剪应力最大值τmax,s;当0.1≤σ≤0.4(μm),τmax,r仅比τmax,s大5%左右;但当σ≥0.6(μm)时,二者相差15%以上。此外,本文还通过对大量数值计算结果的回归分析,针对重载工况,分别建立了滚动轴承接触应力、平均油膜厚度与综合粗糙度之间的理论公式。这些公式的建立,对完善滚动轴承接触疲劳强度设计具有积极意义。
【关键词】：重载 滚动轴承 横向粗糙纹理 实测粗糙度 润滑效应
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 符号说明8-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 引言12
• 1.2 滚动轴承弹流润滑理论发展阐述12-13
• 1.3 滚动轴承弹流润滑数值计算方法13-15
• 1.4 滚动轴承传动的粗糙度效应研究15-16
• 1.5 本文的研究内容16-18
• 第二章 研究模型及其基本方程的构建18-36
• 2.1 滚动轴承研究模型的构建18-19
• 2.2 滚动轴承运动参数计算19-21
• 2.3 表面粗糙度函数方程的构建21-24
• 2.3.1 表面粗糙度轮廓测量仪简介21-22
• 2.3.2 圆盘试件的测量22
• 2.3.3 粗糙度函数的拟合22-24
• 2.4 基本方程24-30
• 2.5 量纲一化的基本方程30-36
• 第三章 数值分析方法36-54
• 3.1 接触表面压力分布计算36-43
• 3.1.1 计算原理阐述36-38
• 3.1.2 各基本方程的离散及其对应的缺陷方程38-41
• 3.1.3 压力的松弛迭代41-42
• 3.1.4 载荷方程的应用42-43
• 3.2 多重网格积分法43-46
• 3.2.1 多重网格积分法概述43
• 3.2.2 计算弹性变形43-45
• 3.2.3 向多层网格推广45-46
• 3.3 逐列扫描法46-51
• 3.3.1 逐列扫描法网格划分原理46-47
• 3.3.2 逐列扫描法的应用47-51
• 3.4 滚动轴承混合热弹流润滑数值分析总流程51-54
• 第四章 表面粗糙度对滚动轴承混合热弹流润滑的影响54-80
• 4.1 接触区次表面应力分布计算54-56
• 4.2 重载滚动轴承混合弹流润滑数值计算结果及分析56-80
• 4.2.1 数值计算结果56-73
• 4.2.2 计算结果及其分析73-76
• 4.2.3 计算结果的回归分析76-80
• 第五章 研究结论与展望80-82
• 5.1 主要研究结论80-81
• 5.2 不足与展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士期间发表的论文88

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