高速角接觸陶瓷球軸承滾道接觸應(yīng)力場分析.pdf

1、高速角接觸陶瓷球軸承因其突出的性能優(yōu)勢，成為了高速機(jī)床中的重要零件，而其疲勞壽命一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。軸承滾道表層的實(shí)際應(yīng)力分布狀態(tài)對其疲勞壽命有重要影響。軸承滾道表層的實(shí)際應(yīng)力場由加工過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力場與特定工況下的工作應(yīng)力場耦合而成。因此，在工況確定時(shí)，分析并總結(jié)出有利于提高軸承滾道疲勞壽命的表層殘余應(yīng)力場特征，對軸承滾道的加工具有重要的指導(dǎo)意義。本文主要以B7008C軸承為研究對象，先運(yùn)用擬動力學(xué)模型及有限元軟件分析了特定工況下

2、軸承內(nèi)滾道的工作應(yīng)力分布，再將具有不同特征的殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力耦合，根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際應(yīng)力場分析不同殘余應(yīng)力特征對軸承滾道疲勞壽命的影響，具體工作如下:
　　針對B7008C軸承，總結(jié)了有關(guān)高速角接觸陶瓷球軸承的基本理論，為軸承的擬動力學(xué)分析與計(jì)算打下了基礎(chǔ)，其中包括:角接觸球軸承的基本幾何學(xué)與運(yùn)動學(xué)關(guān)系;根據(jù)Hertz理論計(jì)算接觸應(yīng)力與變形的方法;滾動軸承中的彈流潤滑理論;高速工況下角接觸球軸承的慣性效應(yīng)，主要包括離心力與陀螺力矩

3、對接觸角、接觸應(yīng)力等的影響及其計(jì)算公式。最后，選擇擬動力學(xué)模型來計(jì)算B7008C軸承的各種力學(xué)參數(shù)。
　　在擬動力學(xué)模型中，考慮角接觸球軸承中滾動體與滾道間的自旋運(yùn)動，運(yùn)用基于彈流潤滑理論計(jì)算滾動體與滾道間摩擦力分布的經(jīng)驗(yàn)公式，然后根據(jù)軸承的受力分析，列出滾動體載荷平衡方程組、套圈平衡方程組、變形協(xié)調(diào)關(guān)系方程組以及載荷-變形關(guān)系方程組，并在Matlab中編程將上述方程組聯(lián)立求解，計(jì)算出B7008C軸承在特定工況下的法向載荷分布、摩

4、擦力分布、接觸角分布、滾動體自轉(zhuǎn)速度與公轉(zhuǎn)速度等參數(shù)。
　　在ANSYS Workbench中建立B7008C軸承內(nèi)圈模型，運(yùn)用擬動力學(xué)模型求解的力學(xué)參數(shù)作為邊界條件，求解并分析了內(nèi)滾道表層的正應(yīng)力及最大切應(yīng)力分布。正應(yīng)力的分布結(jié)果表明滾道表層接觸區(qū)附近主要為壓應(yīng)力，其余部分有拉應(yīng)力，但數(shù)值較小，且不在裂紋萌生處;以最大切應(yīng)力的分布作為判斷軸承滾道疲勞壽命的依據(jù)，結(jié)果表明:隨著轉(zhuǎn)速的升高，滾道表層最大切應(yīng)力峰值更大且更靠近表面，軸

5、承滾道的疲勞壽命隨之降低。
　　在分析軸承滾道磨削加工形成的表層殘余應(yīng)力特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以殘余應(yīng)力分布中的表面應(yīng)力值、轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)力值及轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)力深度作為變量，將具有上述不同特征的殘余應(yīng)力場與特定工況下的工作應(yīng)力場在ANSYS Workbench中進(jìn)行了耦合分析，以實(shí)際最大切應(yīng)力分布為依據(jù)，分析了不同殘余應(yīng)力特征對疲勞壽命的影響，結(jié)果表明:磨削加工形成的殘余應(yīng)力能有效提高滾道疲勞壽命，殘余應(yīng)力分布中的表面應(yīng)力值、轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)力值及深度增加時(shí)