载荷波动对滚动轴承疲劳寿命影响的研究

发布时间：2017-09-16 11:17

  本文关键词：载荷波动对滚动轴承疲劳寿命影响的研究

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【摘要】：在航空、航天和国防等领域，滚动轴承经常工作在高频脉动载荷的工况下。在脉动载荷作用下，滚动轴承的摩擦副会发生疲劳损伤累积，损伤累积达到一定程度时，轴承就会疲劳失效，且轴承的失效形式复杂。现有的寿命计算公式通过对脉动载荷进行等效处理，得到轴承的疲劳寿命，没有考虑载荷变化过程中的波动效应。本文结合一种新的疲劳损伤累积模型，对现有的滚动轴承寿命预测模型进行修正，并研究了不同因素对轴承疲劳寿命的影响。 首先，，本文基于现有的拟动力学软件计算了三种脉动载荷（方波载荷、正弦波载荷、锯齿波载荷）下滚动轴承内部的力学特性。得到的结论是在脉动载荷作用下，接触载荷、接触角、接触应力、最小油膜厚度等参量均随外载荷呈周期性的变化，得到了接触载荷和接触角的表达式，可作为后续轴承的疲劳寿命计算的基础； 然后，结合了考虑载荷次序效应的疲劳损伤累积模型和材料疲劳极限应力，对传统的轴承疲劳寿命模型进行了修正，得到了脉动载荷作用下轴承疲劳寿命的修正模型。通过Matlab编写寿命计算程序，对比了修正寿命模型和等效载荷计算法下载荷类型、载荷均值、载荷频率、载荷振幅和转速对轴承的疲劳寿命的影响。结果表明：修正寿命考虑了载荷的波动效应，可以全面反映各因素的影响程度。 最后，搭建了滚动轴承的高频动态疲劳试验平台，完善了滚动轴承的状态监控系统。根据试验系统各项指标，实现了对轴承运转状态的实时监控。设计并进行了正弦波载荷作用下深沟球轴承6205的疲劳失效试验，由试验结果可知，在轴承发生失效时，频率偏移量增大，温度快速上升，动态电流减小，载荷均值和振幅出现失稳现象。同时，通过SEM对失效轴承的接触副进行了微观形貌分析。可以看出轴承发生了初始疲劳，证明了高频动态疲劳试验机可以实现滚动轴承疲劳失效试验。
【关键词】：脉动载荷 滚动轴承 疲劳损伤累积 载荷波动效应 疲劳极限 修正寿命模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题的来源及研究的目的和意义8-9
• 1.1.1 课题的来源8
• 1.1.2 课题研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-16
• 1.2.1 滚动轴承疲劳寿命预测理论研究现状9-12
• 1.2.2 疲劳损伤累积理论的研究现状12-14
• 1.2.3 疲劳试验机的研究现状14-16
• 1.3 国内外研究现状分析16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 第2章 脉动载荷作用下滚动轴承的拟动力学分析18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 轴承结构性能参数及工况18-21
• 2.2.1 球轴承结构性能参数18-19
• 2.2.2 圆柱滚子轴承结构性能参数19
• 2.2.3 滚动轴承使用工况19-21
• 2.3 变载荷下滚动轴承的仿真分析21-29
• 2.3.1 滚动轴承内部载荷分布情况22-24
• 2.3.2 滚动轴承最大接触应力分析24-26
• 2.3.3 球轴承接触角分析26-27
• 2.3.4 最小油膜厚度分析27-28
• 2.3.5 滚子轴承打滑分析28-29
• 2.4 等效载荷法29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 脉动载荷作用下滚动轴承疲劳寿命修正模型32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 改进 L-P 理论计算滚动轴承疲劳寿命32-35
• 3.2.1 球轴承疲劳寿命计算模型32-34
• 3.2.2 滚子轴承疲劳寿命计算模型34-35
• 3.3 考虑载荷作用次序效应的寿命修正模型35-38
• 3.3.1 单级脉动载荷下寿命修正模型35-38
• 3.3.2 多级脉动载荷下寿命修正模型38
• 3.4 考虑材料疲劳极限的寿命修正模型38-40
• 3.5 两种寿命算法的比较40-46
• 3.5.1 球轴承寿命预测结果对比41-43
• 3.5.2 滚子轴承寿命预测结果对比43-45
• 3.5.3 方波载荷阶数和加载次序对疲劳寿命的影响45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 高频动态疲劳试验装置总体设计47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 试验装置技术指标与要求47-48
• 4.3 试验装置总体设计方案48-49
• 4.4 高频动态疲劳试验装置系统组成49-57
• 4.4.1 动力部分49-50
• 4.4.2 机械结构部分50-52
• 4.4.3 润滑和密封部分52-53
• 4.4.4 加载部分53
• 4.4.5 数据采集处理部分53-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 正弦载荷作用下滚动轴承疲劳失效的试验研究58-64
• 5.1 引言58
• 5.2 滚动轴承疲劳失效试验方案58-60
• 5.2.1 试验材料58-59
• 5.2.2 试验流程59-60
• 5.3 试验监控曲线60-61
• 5.4 试验件的微观形貌分析61-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果68-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 赵联春;王东;晏丽明;;滚动轴承额定寿命计算中黏度比κ的分析及计算[J];轴承;2010年03期

2 雒孟康;;滚动轴承寿命理论发展综述[J];甘肃科技;2010年01期

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6 魏勇强;王黎钦;;20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的磨损特性研究[J];摩擦学学报;2008年03期

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中国博士学位论文全文数据库 前2条

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2 魏勇强;冲击滑动耦合作用下高速轴承与密封材料磨损行为的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

本文编号：862712