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脂润滑状态下激光微凹坑表面对球面轴承摩擦特性的影响

作　者: 王森
导　师: 刘小君
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 激光微凹坑表面球面轴承脂润滑摩擦系数有限元分析
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

球面轴承结构简单、体积小、承载能力大,广泛应用在工程、起重、农业机械、载重汽车、机车车辆等各个领域。如何改善球面轴承摩擦特性、延长其使用寿命受到了广泛关注。表面形貌可以改善摩擦特性,为研究脂润滑状态下激光微凹坑表面对球面轴承摩擦特性的影响,设计和制造了4组表面高度算术平均值Sa相同、表面微凹坑面积占有率分别为7%、10%、15%、21%的球面轴承内圈表面。并使用Talysurf CCI Lite非接触式三维轮廓仪对试件表面进行测量,采用ISO25178定义的参数对试件表面形貌进行表征。在改造过的HDM-20端面摩擦磨损试验机上,针对不同载荷、转速、采用2#锂基脂润滑进行了一系列摩擦磨损试验,研究了表面形貌参数与摩擦系数的关系。选取了表面高度算术平均值Sa和表面峰态Sku等表面高度参数,表面峰处平均材料体积Vmp、表面中心处平均空体体积Vvc。和表面谷处平均空体体积Vvv、,等表面功能参数,平均谷体积Sdv等表面特征参数等对球面轴承表面形貌进行表征。结果表明：微凹坑面积占有率为21%的表面的摩擦系数和温升都小于未激光微造型的球面轴承表面,改善了球面轴承摩擦特性；各参数对摩擦系数的影响不同,因此将表面高度参数、功能参数和特征参数等表面形貌参数结合对球面轴承表面形貌进行表征,更有利于脂润滑下球面轴承表面形貌的摩擦学设计。在摩擦磨损试验的基础上,以试验采用的推力关节轴承为研究对象,用有限元软件ANSYS建立了球面轴承有限元模型,分析了球面轴承受到轴向载荷、径向载荷和轴径复合载荷时的变形情况和应力情况,得到了应力集中部位；分析对比了有无导油槽对球面轴承有限元分析结果的影响,验证了导油槽可以有效减小应力集中；并把有限元分析结果与试验结果进行了对比,结果表明有限元分析的正确性。本文对脂润滑下球面轴承摩擦特性和接触特性进行了一些研究,为球面轴承表面的摩擦学设计提供了依据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-14
第一章绪论  14-24
  1.1 引言  14
  1.2 球面轴承的研究现状  14-19
    1.2.1 球面轴承摩擦特性研究  15-16
    1.2.2 球面轴承接触特性研究  16-19
  1.3 表面形貌对摩擦特性的影响  19-22
    1.3.1 球面轴承表面特性  19-20
    1.3.2 表面激光微造型对摩擦特性的影响  20-22
  1.4 国内外研究现状评述  22
  1.5 本文研究内容  22-24
第二章球面轴承表面激光微造型方法  24-32
  2.1 引言  24
  2.2 球面轴承表面激光微造型方法  24-28
    2.2.1 球面轴承属性  24
    2.2.2 YLP-F10光纤激光打标机  24-26
    2.2.3 表面激光微造型参数  26-27
    2.2.4 激光微造型方法  27-28
  2.3 球面轴承表面形貌的测量  28-31
    2.3.1 Taylsurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪  28-29
    2.3.2 表面形貌测量结果  29-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章脂润滑状态下球面轴承摩擦磨损试验  32-38
  3.1 引言  32
  3.2 摩擦磨损试验方法  32-34
    3.2.1 摩擦磨损试验原理  32-33
    3.2.2 摩擦磨损试验步骤  33-34
    3.2.3 摩擦磨损试验过程  34
  3.3 载荷对摩擦特性的影响  34-35
  3.4 转速对摩擦特性的影响  35-36
  3.5 本章小结  36-38
第四章表面形貌参数对球面轴承摩擦特性的影响  38-52
  4.1 引言  38
  4.2 表面形貌三维表征参数  38-40
    4.2.1 高度参数  38
    4.2.2 功能参数  38-39
    4.2.3 特征参数  39
    4.2.4 空间参数  39-40
    4.2.5 混合参数  40
  4.3 表面三维表征参数对球面轴承摩擦特性的影响  40-51
    4.3.1 高度参数对球面轴承摩擦特性的影响  41-44
    4.3.2 功能参数对球面轴承摩擦特性的影响  44-48
    4.3.3 特征参数对球面轴承摩擦特性的影响  48-50
    4.3.4 空间参数对球面轴承摩擦特性的影响  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章球面轴承接触特性的数值模拟  52-61
  5.1 引言  52
  5.2 球面轴承有限元分析模型的建立  52-54
  5.3 球面轴承有限元分析结果  54-60
    5.3.1 不同载荷下的有限元分析结果  54-58
    5.3.2 有无导油槽的有限元分析结果对比  58-59
    5.3.3 有限元分析结果与试验结果的对比  59-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章总结与展望  61-63
  6.1 总结  61
  6.2 展望  61-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表的论文  66

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