中碳钢轴类构件的微动磨损特性及其对疲劳寿命的影响

论文摘要

本文对45钢为例的中碳钢轴类构件的径向微动磨损特性进行了分析。将微动磨损工况下中碳钢轴类构件的疲劳寿命分为微动磨损阶段、裂纹萌生阶段、裂纹扩展阶段三个阶段,并对45钢轴类构件的疲劳寿命进行了估算,得出了载荷、摩擦系数对疲劳寿命的影响曲线。本文采用Hertz接触理论对轴类构件与平面的接触问题进行了解析分析,采用ANSYS数值分析方法对轴类构件与平面之间的接触状态、接触面应力和接触半径进行了分析,并与Hertz接触理论的解析结论进行比较,应用数据处理软件ORIGIN,得到了微动磨损的影响曲线。采用经验公式法对微动磨损工况下中碳钢轴类构件的疲劳寿命进行了估算,采用临近裂纹萌生尺寸、修正Neuber局部应力应变法、修正McEvily公式分别对轴类构件三阶段寿命进行了估算。对中碳钢轴类构件的径向微动磨损特性分析,得出接触面在施加载荷下粘滑交接处切向力出现最大值以及X方向应力出现零值位置,为中碳钢轴类构件接触面的裂纹萌生的危险点。随着施加载荷和摩擦系数的增大,径向微动接触副的粘着区、混合区增大,滑移区变化不大,接触应力以接触顶点为界,两侧近似椭圆形分布,接触顶点应力最大。两接触副粘着区相对滑移量几乎为零,滑移区的相对滑移量最大,为微动磨损的严重部分。对微动磨损工况下的疲劳寿命分析,得出材料特性相似的两接触副的疲劳寿命大,微动磨损阶段占疲劳总寿命的大部分,随着施加载荷和接触副的摩擦系数的增大,轴类构件的疲劳寿命降低,当施加载荷和摩擦系数较小时,对疲劳寿命的影响较大,当施加载荷和摩擦系数达到一定值时,对疲劳寿命的影响减弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 微动磨损及其危害
• 1.2 微动磨损及引起疲劳研究进展
• 1.2.1 微动磨损理论
• 1.2.2 微动疲劳强度及寿命估算方法
• 1.2.3 微动磨损防护措施
• 1.3 课题的提出
• 1.4 课题的研究内容和创新之处
• 第二章 接触问题及ANSYS 仿真求解
• 2.1 接触力学问题概述
• 2.1.1 接触力学问题简介
• 2.1.2 赫兹接触公式
• 2.2 ANSYS 软件简介及其在接触问题中的应用
• 2.2.1 ANSYS 软件的发展
• 2.2.2 ANSYS 一般计算步骤
• 2.2.3 弹性接触问题ANSYS 的求解流程
• 2.2.4 ANSYS 进行接触分析时的技术要求
• 2.3 圆柱与圆柱接触的解析解及ANSYS 解
• 2.3.1 圆柱与圆柱接触的解析解
• 2.3.2 圆柱与圆柱接触的ANSYS 解
• 2.4 本章小结
• 第三章 轴类构件微动磨损特性及影响因素
• 3.1 中碳钢轴类构件径向微动的实际工况分析
• 3.2 径向微动接触应力的有限元分析
• 3.2.1 几何模型的建立
• 3.2.2 弹性阶段径向微动工况数值模拟分析
• 3.2.3 45 钢/PMMA 接触副在斜坡载荷下的接触状态和接触应力
• 3.3 三种接触副接触应力与接触半径的比较
• 3.4 影响微动磨损的参数分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 轴类构件径向微动磨损寿命估算
• 4.1 微动疲劳强度估算理论
• 4.2 微动疲劳寿命估算方法
• 4.3 三阶段寿命估算方法
• 4.3.1 微动磨损寿命的估算
• 4.3.2 微动疲劳裂纹萌生寿命计算
• 4.3.3 疲劳裂纹扩展寿命
• 4.4 中碳钢轴类构件疲劳寿命算例
• 4.5 微动磨损对疲劳寿命的影响
• 4.6 本章小节
• 总结和展望
• 本文总结
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）