基于材料匹配性的高温滚动球轴承滚阻特性研究

论文摘要

本文基于滚动轴承的弹性接触滞后及材料参数,推导出其在不同温度场下的滚动摩擦系数计算模型,并以6214深沟球轴承为对象,研究了其摩擦系数特性。论文首先研究了材料匹配性对轴承滚动摩擦系数的影响,并以此建立了计算轴承内外圈滚动摩擦系数的理论模型。探讨了材料参数对其影响的程度和规律,研究表明：弹性模量和热膨胀系数对滚动摩擦系数的影响很大；且在不同温度下,载荷对滚动轴承摩擦系数的影响也很明显。其次,以常用高温滚动轴承材料为对象实例分析了不同材料配对时的滚动摩擦系数现象：当采用GCr15、M50、ZrO2和Si3N4作为滚动体分别与以GCr15为轴承内外圈材料进行匹配时,在不同工作温度下,Si3N4的摩擦系数较其他滚动体材料(GCr15、M50和ZrO2)的要小；另外,ZrO2的摩擦系数比GCr15和M50的摩擦系数要小。研究进一步表明：材料匹配性对摩擦系数影响的主要原因是材料的弹性模量和热膨胀系数,其中弹性模量的影响最大。最后,为了对理论模型进行评价和为了进一步揭示材料匹配性对轴承摩擦系数的影响规律,选择几种典型滚动轴承(ZrO2和GCr15)进行实例试验。在给定的各种工况条件下(室温油膜润滑和室温干摩擦等条件)比较了其摩擦系数的差别,得出了ZrO2轴承比GCr15轴承的摩擦系数值要小的结论,使理论模型的有效性得到了好的验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 高温滚动轴承国内外研究现状及存在的问题
• 1.2.1 滚动球轴承设计
• 1.2.2 滚动球轴承试验内容及其测试方法
• 1.2.3 滚动轴承材料
• 1.2.4 高温滚动轴承研究存在的问题
• 1.3 本课题研究方法和内容
• 1.4 课题来源
• 1.5 本文的写作框架
• 1.6 本章小结
• 第二章 高温滚动轴承的材料特性分析
• 2.1 高温滚动轴承材料的材料特性
• 2.1.1 高温滚动轴承材料的性能要求
• 2.1.2 高温滚动轴承的材料
• 2.2 常用高温滚动轴承材料特性比较
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于材料匹配性的球轴承摩擦系数计算模型
• 3.1 滚动轴承结构
• 3.1.1 轴承的基本结构
• 3.1.2 常用高温轴承的组合形态
• 3.1.3 高温混合陶瓷轴承材料的匹配
• 3.2 球轴承滚动体运动的阻力现象
• 3.3 球轴承滚阻特性的计算模型
• 3.3.1 滚动球轴承的滚动接触模型
• 3.3.2 边界及假设条件
• 3.3.3 滚动轴承摩擦系数的计算模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于材料匹配性的球轴承摩擦特性分析
• 4.1 轴承结构参数及工况条件
• 4.2 球轴承摩擦系数计算程序流程图
• 4.3 材料参数对滚动摩擦系数的影响
• 4.4 高温场中的材料匹配性对滚动轴承内、外圈摩擦系数影响的实例分析
• 4.4.1 计算结果与分析
• 4.4.2 高温场中载荷对球轴承内、外圈摩擦系数的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于材料匹配性的球轴承试验分析
• 5.1 球轴承摩擦系数的测量试验方法
• 5.1.1 常用测量方法分析
• 5.1.2 试验采用的摩擦系数测量方法
• 5.2 滚动球轴承摩擦系数试验平台的工作原理
• 5.2.1 试验台工作原理
• 5.2.2 试验台运行流程图
• 5.2.3 试验台工作参数及其工作时的注意事项
• 5.3 试验及其结果分析
• 5.3.1 ZrO2陶瓷轴承和GCr15钢轴承摩擦系数的比较
• 5.3.2 摩擦系数试验值与理论值的比较分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文