椭球面关节轴承力学分析与精密制造技术研究
发布时间：2021-08-25 19:43
自润滑关节轴承是一种特殊结构的球面滑动轴承,具有结构紧凑、摩擦系数小、耐冲击、耐腐蚀、免维护等诸多优点,广泛应用于航空航天飞行器的重要关节部位。自润滑层的磨损失效是自润滑关节轴承的主要失效形式。由于传统自润滑关节轴承球面接触的特点,轴承在承受径向载荷时,中间接触区域的接触应力远大于边缘接触区,从而更早地进入磨损失效状态,严重影响轴承的使用寿命;同时自润滑关节轴承由内圈、外圈和自润滑层三部分组成,且分别制造,装配过程中很难实现制造游隙的精密控制,并且不可避免的会造成自润滑层的损伤,很难满足制造精度要求。本文设计了一种新的椭球面自润滑关节轴承,在对其接触性能和摩擦磨损特性进行理论分析的基础上,提出了椭球面自润滑关节轴承外圈径向收缩挤压整体制造工艺,并采用径向基（RBF）神经网络结合粒子群优化（PSO）方法对关节轴承制造过程进行精密控制,最终通过往复摆动磨损试验对所制造的自润滑关节轴承进行摩擦学特性评价,揭示自润滑关节轴承摩擦副之间的接触形式对其摩擦学性能的作用机制,阐明椭球面自润滑关节轴承的减摩耐磨机理。基于传统Hertz非共形接触理论,建立了完整球体和壳体无摩擦共形接触模型,并采用等效力...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各类自润滑关节轴承及其基本结构
燕山大学工学博士学位论文擦磨损性能直接决定了轴承的使用性能和寿命，影响航空飞行器的安全性和可靠性[7,8]。自润滑层磨损后导致轴承温度和摩擦系数急剧增加，由于磨损后自润滑层减薄，使轴承内外圈之间的间隙增大，引起冲击和振动，加剧轴承磨损，最终导致关节轴承失去自润滑功能而失效[9,10]。所以关节轴承研究领域的难点转变为如何有效地减小轴承的摩擦系数，同时提升其耐磨性，以提升关节轴承的服役性能以及使用寿命。
a) 非共形接触 b) 共形接触图 1-3 两弹性体的接触类型Fig. 1-3 The contact types of elastic bodies自润滑关节轴承在工作时，粘接在外圈内表面上的自润滑层与内圈外表面构成球面摩擦副。摩擦副之间间隙很小，因而接触面积较大，在受到径向载荷后，摩擦副之间的接触面积还会随着载荷的增加迅速增大。因此，自润滑层的摩擦面与内圈外表面之间的接触属于球壳共形接触问题。早在 1964 年，Persson[26]在其博士学位论文中给出了具有相似接触表面的两弹性体接触力学模型，获得了接触面的应力分布规律。之后，Michele 等[27]在 Persson 模型基础上，推导出了用于解决共形接触问题的相对简便计算方法，但没有考虑摩擦力对接触面受力情况的影响。Greenwoo 等[28]给出了一种基于正态分布的粗糙表面与光滑表面之间弹塑性接触模型—G-W 接触模型。分别以非共形接触和近共形接触的球体和壳体为研究对象，分析了几何尺寸和外部载荷对接触应力和接触区域的影响，结果表明球体和壳体的曲率半径之比 t 是影响接触状态的关键参数，随着 t 的增加，接触从点接触向面接触转变。当曲率半径之
【参考文献】：
期刊论文
[1]织物衬垫编织工艺对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响[J]. 邱明,周大威,庞晓旭. 兵工学报. 2017(09)
[2]基于Workbench的自润滑关节轴承失效分析及优化设计[J]. 段宏瑜,刘红宇,朱淋淋. 轴承. 2016(09)
[3]自润滑关节轴承二次挤压装配的有限元仿真分析[J]. 张瑞芬,吴连平,杨晓翔. 轴承. 2015(11)
[4]基于神经网络与遗传算法的关节轴承挤压模具优化[J]. 吴连平,杨晓翔. 中国机械工程. 2015(10)
[5]基于粒子群算法的PHEV动力参数和控制策略参数优化[J]. 尹安东,张宇,张冰战,赵韩,王若飞. 机械传动. 2015(05)
[6]自润滑关节轴承精密挤压合套技术[J]. 刘东雷,刘胜吉,费鹏,蔡亚林. 轴承. 2015(04)
[7]基于ABAQUS的关节轴承径向受载试验的热力耦合分析[J]. 霍亚军,尹忠慰,李虎林,曲艳峰. 轴承. 2015(01)
[8]基于虚拟正交试验的关节轴承工艺参数优化设计[J]. 吴连平,杨晓翔. 塑性工程学报. 2014(06)
[9]织物增强复合材料弹性常数的有限元法预测[J]. 张赋,李旭东. 机械工程材料. 2014(04)
[10]国外航空自润滑关节轴承标准分析[J]. 杨昆,林晶. 航空标准化与质量. 2013(05)
博士论文
[1]轻量化车用钢板冲压成形与回弹数值仿真及工艺优化[D]. 赵东旭.吉林大学 2007
硕士论文
[1]自润滑关节轴承接触性能分析[D]. 王哲.燕山大学 2015
[2]刚柔球面接触副关节轴承的摩擦诱导成膜机理研究[D]. 苗艳伟.河南科技大学 2014
本文编号：3362735
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各类自润滑关节轴承及其基本结构
燕山大学工学博士学位论文擦磨损性能直接决定了轴承的使用性能和寿命，影响航空飞行器的安全性和可靠性[7,8]。自润滑层磨损后导致轴承温度和摩擦系数急剧增加，由于磨损后自润滑层减薄，使轴承内外圈之间的间隙增大，引起冲击和振动，加剧轴承磨损，最终导致关节轴承失去自润滑功能而失效[9,10]。所以关节轴承研究领域的难点转变为如何有效地减小轴承的摩擦系数，同时提升其耐磨性，以提升关节轴承的服役性能以及使用寿命。
a) 非共形接触 b) 共形接触图 1-3 两弹性体的接触类型Fig. 1-3 The contact types of elastic bodies自润滑关节轴承在工作时，粘接在外圈内表面上的自润滑层与内圈外表面构成球面摩擦副。摩擦副之间间隙很小，因而接触面积较大，在受到径向载荷后，摩擦副之间的接触面积还会随着载荷的增加迅速增大。因此，自润滑层的摩擦面与内圈外表面之间的接触属于球壳共形接触问题。早在 1964 年，Persson[26]在其博士学位论文中给出了具有相似接触表面的两弹性体接触力学模型，获得了接触面的应力分布规律。之后，Michele 等[27]在 Persson 模型基础上，推导出了用于解决共形接触问题的相对简便计算方法，但没有考虑摩擦力对接触面受力情况的影响。Greenwoo 等[28]给出了一种基于正态分布的粗糙表面与光滑表面之间弹塑性接触模型—G-W 接触模型。分别以非共形接触和近共形接触的球体和壳体为研究对象，分析了几何尺寸和外部载荷对接触应力和接触区域的影响，结果表明球体和壳体的曲率半径之比 t 是影响接触状态的关键参数，随着 t 的增加，接触从点接触向面接触转变。当曲率半径之
【参考文献】：
期刊论文
[1]织物衬垫编织工艺对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响[J]. 邱明,周大威,庞晓旭. 兵工学报. 2017(09)
[2]基于Workbench的自润滑关节轴承失效分析及优化设计[J]. 段宏瑜,刘红宇,朱淋淋. 轴承. 2016(09)
[3]自润滑关节轴承二次挤压装配的有限元仿真分析[J]. 张瑞芬,吴连平,杨晓翔. 轴承. 2015(11)
[4]基于神经网络与遗传算法的关节轴承挤压模具优化[J]. 吴连平,杨晓翔. 中国机械工程. 2015(10)
[5]基于粒子群算法的PHEV动力参数和控制策略参数优化[J]. 尹安东,张宇,张冰战,赵韩,王若飞. 机械传动. 2015(05)
[6]自润滑关节轴承精密挤压合套技术[J]. 刘东雷,刘胜吉,费鹏,蔡亚林. 轴承. 2015(04)
[7]基于ABAQUS的关节轴承径向受载试验的热力耦合分析[J]. 霍亚军,尹忠慰,李虎林,曲艳峰. 轴承. 2015(01)
[8]基于虚拟正交试验的关节轴承工艺参数优化设计[J]. 吴连平,杨晓翔. 塑性工程学报. 2014(06)
[9]织物增强复合材料弹性常数的有限元法预测[J]. 张赋,李旭东. 机械工程材料. 2014(04)
[10]国外航空自润滑关节轴承标准分析[J]. 杨昆,林晶. 航空标准化与质量. 2013(05)
博士论文
[1]轻量化车用钢板冲压成形与回弹数值仿真及工艺优化[D]. 赵东旭.吉林大学 2007
硕士论文
[1]自润滑关节轴承接触性能分析[D]. 王哲.燕山大学 2015
[2]刚柔球面接触副关节轴承的摩擦诱导成膜机理研究[D]. 苗艳伟.河南科技大学 2014
本文编号：3362735
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