基于非局部摩擦的鋼絲滾道球軸承接觸仿真與實驗研究.pdf

1、鋼絲滾道球軸承是一種新型的非標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承，具有徑向尺寸大、軸向尺寸小的結(jié)構(gòu)特點，受到世界各國科學(xué)家和工程技術(shù)人員的關(guān)注。近10年，鋼絲滾道球軸承以其抗傾覆能力強和結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計靈活等特點被廣泛應(yīng)用于建筑機械、醫(yī)療器械和飛行器仿真轉(zhuǎn)臺等領(lǐng)域。然而，鋼絲滾道往往在循環(huán)交變的接觸載荷作用下，導(dǎo)致接觸疲勞與磨損，嚴(yán)重影響軸系的工作性能。為了探索鋼絲滾道發(fā)生接觸疲勞與磨損的特征和規(guī)律，本文將其視為接觸問題進行對待，綜合運用ANSYS有限元數(shù)值模擬方

2、法和接觸破壞實驗方法對其進行研究。
　　基于非局部摩擦理論模型，在微觀尺度上，接觸面某一點的摩擦效應(yīng)不僅與該點的摩擦狀態(tài)有關(guān)，而且與該點一定范圍內(nèi)其它點的摩擦狀態(tài)也有關(guān)。因此本文首先考慮接觸表面上微凸結(jié)構(gòu)所引起的非局部摩擦效應(yīng)，采用統(tǒng)計學(xué)方法確定鋼絲滾道表面上非局部摩擦效應(yīng)的作用半徑，建立三維粗糙平面和三維粗糙圓柱面實體模型，基于三維粗糙表面建立鋼絲滾道球軸承的接觸分析模型，對滾動體與鋼絲滾道之間的接觸行為，在ANSYS中進行有限

3、元數(shù)值模擬。三維粗糙表面接觸模型對應(yīng)力應(yīng)變分布、摩擦應(yīng)力分布，剪切應(yīng)力分布，應(yīng)力集中現(xiàn)象的描述更加接近于實際情況，仿真結(jié)果更加真實可信。
　　滾動體與鋼絲滾道在切向摩擦應(yīng)力和循環(huán)交變的法向接觸應(yīng)力作用下，接觸表面容易產(chǎn)生接觸疲勞和磨損。接觸破壞實驗研究中，通過改變調(diào)整墊片的厚度實現(xiàn)接觸載荷的精確加載，收集每一組接觸載荷作用下的脫落顆粒，與最終發(fā)生接觸破壞的鋼球、鋼絲滾道一起制作試樣，在激光共聚焦顯微鏡和掃描電子顯微鏡下觀察產(chǎn)生損傷

4、的組織形貌。與有限元接觸仿真結(jié)果對比，總結(jié)滾動體與鋼絲滾道產(chǎn)生接觸疲勞與磨損的特征和規(guī)律。實驗結(jié)果表明：滾動體與鋼絲滾道接觸過程中，接觸表面上的微凸結(jié)構(gòu)首先發(fā)生接觸，產(chǎn)生應(yīng)力集中和塑性變形。最大剪切應(yīng)力存在于接觸區(qū)表層以下的某一深度處，循環(huán)交變應(yīng)力作用下，接觸疲勞裂紋在此處產(chǎn)生，然后向兩側(cè)或者表面擴展合并，最終脫落形成點蝕，同時加劇接觸體間的磨損。
　　本文的研究方法為鋼絲滾道球軸承更廣泛的應(yīng)用提供理論支持和實驗依據(jù)，同時對MEM