軸承工作摩擦狀態(tài)分析論文

1、關(guān)注我 實時更新 最新資料軸承工作摩擦狀態(tài)分析論文摘要：闡述鋼絲滾道球軸承在工作過程中主要 的摩擦形式 的基礎上，采用大型有限元分析軟件對單球雙滾道鋼絲滾道球軸承 的摩擦狀態(tài)進行了初步 的仿真分析。關(guān)鍵詞：軸承；摩擦；仿真0前言接觸面 的形狀與尺寸影響到物體間 的摩擦。只有在理想狀態(tài)下 的接觸點或者接觸面才能產(chǎn)生純滾動。一旦形成接觸面，必然伴隨有滑動。通常，鋼絲滾道球軸承在載荷 的作用下，形成橢圓面接觸，因此計算鋼絲滾道球軸承時摩擦是必須考慮 的因素。本文將對鋼絲滾道球軸承工作過程中產(chǎn)生 的幾種主要 的摩擦形式進行分析。并對其仿真進行了初步 的探討。1鋼絲滾道球軸承摩擦力和摩擦力矩產(chǎn)生機理滾動

2、軸承在工作 的過程中，由于受到預緊和工作載荷 的作用，會產(chǎn)生摩擦，摩擦 的主要形式有以下幾種：(1)彈性滯后引起 的滾動摩擦：滾珠在載荷 的作用下沿滾道表面滾動，接觸表面下 的材料產(chǎn)生彈性變形。在接觸消除后，彈性變形 的主要部分恢復。但是，通常在載荷增加時，給定應力所對應 的變形總量總是小于載荷減小時 的變形，稱為彈性滯后，反映了一定 的能量損失，表現(xiàn)為滾動摩擦阻力。(2)差動滑動引起 的摩擦：若接觸面上任意單元面積 的切向力與接觸壓力成正比，可以推出滾動體沿軸承滾道滾動時因為差動滑動所引起 的摩擦力矩。(3)自轉(zhuǎn)滑動所引起 的摩擦：對于滾動軸承在運轉(zhuǎn)時，滾珠沿套圈滾道可能產(chǎn)生繞接觸面法線 的

3、旋轉(zhuǎn)運動。由此引起 的滑動，成為自旋滑動。同時由自旋滑動產(chǎn)生摩擦力和摩擦力矩。(4)潤滑劑 的粘性摩擦：潤滑劑和潤滑方式對軸承摩擦力和摩擦力矩具有重要 的影響。由于潤滑劑 的作用，滾動體與鋼絲滾道之間形成彈性流體動力潤滑膜，各個滑動接觸部位 的摩擦系數(shù)有所改變。軸承運轉(zhuǎn)時，滾動體通過充滿油氣混和物 的空間，受到繞流阻力，成為擾動阻力，產(chǎn)生摩擦力和摩擦力矩。2鋼絲滾道球軸承工作工程有限元仿真在充分考慮鋼絲滾道球軸承在工作過程中 的預緊，摩擦等因素，在ANSYS里建立起單球雙滾道，得到良好 的接觸形態(tài)，并對其摩擦狀態(tài)進行了有效 的仿真分析。2.1單球雙滾道接觸有限元模型 的建立由于鋼絲滾道球軸承結(jié)

4、構(gòu)較復雜，為了建模分析方便，同時為了突出觀察得主要內(nèi)容。首先考慮對滾動體與相對 的兩根鋼絲滾道這種簡單情況進行建模仿真。(1)實體模型建立。同樣為了簡化計算，突出重點，我們只需要考慮其中 的一個滾動體 的情況進行仿真?？紤]所研究 的鋼絲滾道球軸承屬于密珠軸承且尺寸較大，鋼絲滾道 的曲率半徑對滾動體與滾道接觸 的分析影響較小，所以可以首先把鋼絲滾道作為直線滾道處理。為了能方便 的施加自由度約束和載荷，同時也為了以后觀察結(jié)果 的方便，建模中，滾動體取半個滾珠進行建模，同時只取與滾動體相接觸 的兩鋼絲滾道 的各四分之一。實體模型建立如圖1。(2)網(wǎng)格 的劃分。對軸承 的點接觸問題進行分析中，鋼絲滾道

5、和滾動體均采用了SOLID92單元，這樣 的單元劃分對分析點接觸問題既精確又便于突出點接觸部分 的細節(jié)。在單球雙滾道模型中，因為不但要施加預緊 的載荷產(chǎn)生接觸應力，還要使鋼絲滾道有相對運動來模擬實際工作中軸承 的情況，所以在單球雙絲鋼絲滾道球軸承 的有限元模型中，鋼絲滾道 的網(wǎng)格劃分采用了沿鋼絲軸向相對規(guī)則 的單元SOLID185。最后網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2。2.2單球雙滾道接觸有限元模型仿真結(jié)果分析(1)預緊 的過程。在第一個載荷步 的施加 的過程中，通過給兩根鋼絲滾道中心軸線0.3mm 的相對位移，來達到對單球雙絲鋼絲滾道球軸承 的預緊 的效果。仿真與實際工程應用一樣，可以對預緊量 的大小進行

6、調(diào)解，使得變形量，預緊力大小控制在一個合適 的范圍內(nèi)。這是因為預緊量過小，可能使工作過程中，滾動體與滾道之間出現(xiàn)間隙，產(chǎn)生沖擊，影響軸承 的正常工作。預緊量過大，可能使預緊力過大，使鋼絲或者滾動體產(chǎn)生較大 的塑性變形，也不利于軸承 的正常工作和延長軸承 的使用壽命。從圖3可以看出，在預緊 的作用下，鋼絲滾道與滾動體所產(chǎn)生 的預緊壓力最大值為3170MPa，而預緊產(chǎn)生 的摩擦應力最大值為36.2MPa，遠小于預緊壓力 的值。這是因為預緊 的過程中，由于對滾動體 的約束，滾動體與兩根鋼絲滾道之間基本沒發(fā)生相對運動，所以摩擦作用很微弱。從圖4接觸區(qū)應力云圖可以看出：鋼絲滾道與滾動體之間產(chǎn)生1850M

7、Pa 的預緊應力，該應力足以保證在正常工作工程中，滾動體與鋼絲滾道之間不至于產(chǎn)生間隙。同時從放大 的應力云圖可以看出，相同 的材料下，鋼絲滾道 的預緊應力要遠大于滾動體中 的預緊應力。(2)正常工作過程中 的仿真分析。為了模擬軸承 的運轉(zhuǎn)工作情況，在單球雙絲 的有限元模型中，施加第二個載荷步，兩根鋼絲沿軸線方向上 的相對位移。從圖5和圖6我們可以看出，工作過程中產(chǎn)生 的接觸壓力最大值為3360MPa，而工作過程中產(chǎn)生 的摩擦應力最大值為57.7MPa。接觸壓力和摩擦應力相比預緊時增幅均不大，這說明該模型 的滾動形態(tài)比較好，產(chǎn)生 的摩擦 的影響較小。從圖7和圖8可以看出。工作過程中，最大應力為2

8、080MPa，比只在預緊作用下靜壓 的狀態(tài) 的應力稍大。考慮到滾動體與鋼絲滾道之間存在0.3 的摩擦系數(shù)，在有相對運動 的過程中要產(chǎn)生一定 的摩擦阻力，應力略有增大是很合理 的。同時從仿真 的結(jié)果可以看出，由于存在相對運動，鋼絲與滾動體之間產(chǎn)生摩擦，由于摩擦 的存在，使接觸區(qū)相對于靜態(tài)情況下產(chǎn)生了一定 的變化。具體體現(xiàn)在：首先，接觸區(qū)域影響區(qū)域變大。在靜態(tài)情況下，接觸應力僅在接觸點附近很近 的很小 的范圍內(nèi)存在，此處應力值很大，隨著與接觸區(qū) 的距離 的增加，接觸體內(nèi) 的接觸應力就迅速減小到可以忽略 的程度，這與非協(xié)調(diào)接觸理論定性分析 的經(jīng)典定理圣維南定理相吻合。而在工作過程中，產(chǎn)生相對運動和摩

9、擦 的情況下，接觸區(qū)有應力 的范圍大大 的增加，這是因為，在相對運動 的過程中，接觸區(qū) 的接觸應力已經(jīng)超過了材料 的屈服極限，所以運動 的過程中，接觸區(qū)將產(chǎn)生塑性變形，在脫離接觸區(qū)后，仍舊有一定 的殘余變形，從而導致有一定 的殘余應力。(3)鋼絲滾道滾動路徑上某點沿徑向 的位移。用時間歷程后處理器進行觀察如圖9，圖10，取鋼絲滾道與滾動體相對運動路徑上 的某點為研究對象。從鋼絲上點 的變形隨時間 的變化情況可以看出：由于接觸應力超過了材料 的屈服極限，上下滾道均產(chǎn)生塑性變形。主動鋼絲上 的塑性變形約0.12mm，固定鋼絲上 的塑性變形約0.08mm。主動鋼絲上產(chǎn)生 的塑性變形要大于固定鋼絲上產(chǎn)

10、生 的塑性變形，這與我們模型施加載荷 的方式有關(guān)，由于所施加 的預緊和鋼絲之間軸向 的相對位移均加在上鋼絲上，從而使該鋼絲產(chǎn)生 的應力要大于被固定 的鋼絲中 的應力，因此，塑性變形 的量也要略大。顯然，通過單球雙滾道鋼絲滾道球軸承 的仿真，得到了靜態(tài)預緊和工作過程中 的接觸應力分布，了解了軸承工作過程中 的摩擦狀況，為實際 的工程應用提供了一定 的看法，但是，理論 的模擬只是一種驗證，通過實驗 的認證分析是必須 的。參考文獻1聞邦椿，顧家柳，夏松波等，高等轉(zhuǎn)子等力 學理論、技術(shù)與應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2002.2李興林，滾動軸承彈流潤滑 的新進展J.軸承，1999，(3).3彭超英，滾動軸承非線性特性探討J.軸承，1996，(2)