三維彈塑性滾-滑接觸問題的研究.pdf

1、滾動(dòng)、滑動(dòng)接觸是各類機(jī)械傳動(dòng)中普遍的現(xiàn)象，廣泛存在于齒輪傳動(dòng)、軸承轉(zhuǎn)動(dòng)、機(jī)車輪軌接觸過程中。機(jī)械傳動(dòng)件表面在反復(fù)滾動(dòng)、滑動(dòng)擠壓形式下內(nèi)部產(chǎn)生的塑性變形與接觸表面的疲勞壽命有著必然聯(lián)系，從而與整個(gè)機(jī)器的安全性、可靠性息息相關(guān)。本文基于重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題“傳動(dòng)零部件的界面力學(xué)分析與研究”和“典型滾滑傳動(dòng)接觸失效與材料變化依據(jù),”針對三維彈塑性滾動(dòng)、滑動(dòng)接觸下物體內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變的研究。從典型彈塑性點(diǎn)接觸模型出發(fā)，到深溝球軸

2、承橢圓接觸問題的應(yīng)用分析，再到彈塑性滾滑接觸模型，最后將滾動(dòng)接觸模型應(yīng)用到有硬度梯度材料的接觸問題中，分析材料的硬度梯度與疲勞壽命的聯(lián)系，以期能夠?yàn)榭煽康膽?yīng)力、應(yīng)變與疲勞壽命的關(guān)系提供分析方法，并為未來機(jī)械傳動(dòng)件的抗疲勞設(shè)計(jì)提供一定的理論參考。
　　本文首先研究了彈塑性點(diǎn)接觸問題。通過試驗(yàn)觀察了不銹鋼304表面形貌在反復(fù)擠壓過程中的變化，驗(yàn)證了粗糙表面點(diǎn)接觸模型的計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明：粗糙表面的點(diǎn)接觸模型可以較好地模擬實(shí)際工程表面的

3、接觸問題，再現(xiàn)工程表面粗糙峰下的表面壓力、表面塑性變形以及內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的分布?？紤]到正常工況下深溝球軸承中滾動(dòng)體與內(nèi)外圈之間的接觸區(qū)域很小，將滾動(dòng)體小球與內(nèi)外圈的接觸問題處理成橢圓接觸問題。運(yùn)用橢圓接觸模型研究軸承中最大彈性趨近量、徑向負(fù)荷,應(yīng)力應(yīng)變的分布。結(jié)果表明：對比簡化公式計(jì)算的軸承剛體位移，三維橢圓接觸模型可以很好地處理軸承的靜態(tài)接觸問題。其中改變接觸物體的橢圓率能夠影響軸承滾動(dòng)體的剛體位移。最后，通過滾滑接觸模型來分析表面摩擦

4、力所引起的接觸物體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變。并通過滾動(dòng)接觸模型研究物體內(nèi)部不同的硬度梯度對材料疲勞壽命、內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變的影響。結(jié)果表明：接觸表面摩擦力可以使材料內(nèi)部發(fā)生與滑動(dòng)方向相反的塑性流動(dòng)，同時(shí)可以加快材料達(dá)到shakedwon特性；經(jīng)過表面技術(shù)處理后的材料內(nèi)部存在硬度梯度，能使同等載荷作用下次表面塑性區(qū)域中的最大殘余von Mises應(yīng)力更加靠近材料表面。另外，表面技術(shù)處理后材料內(nèi)部最大von Mises應(yīng)力位置處的硬度越大，材料本身的疲勞