高温环境圆锥滚子轴承的摩擦与固体膜润滑特性研究
发布时间：2023-10-22 13:01
本文以高温环境圆锥滚子轴承的固体膜润滑设计为背景,研究轴承钢表面的金属氮化物润滑薄膜在热-力载荷联合作用下的界面力学机制、摩擦学行为和磨损机理,为高温重载等苛刻环境服役的机械零部件固体膜润滑设计提供理论依据。为了分析高温环境下摩擦系数变化对圆锥滚子轴承摩擦特性的影响,建立了固体薄膜润滑圆锥滚子轴承的摩擦力矩计算分析模型。在该模型中着重考虑了较大端面滑动摩擦所引起的滚动体歪斜效应对轴承内部力载分配特性和轴承摩擦力矩的影响,得到了固体膜润滑圆锥滚子轴承内部接触上的载荷、相对滑动速度,进一步提炼出根据轴承内接触副上摩擦系数选取保持架兜孔间隙的方法。为了探索热-力载荷联合作用下固体润滑膜层的表界面应力水平,建立了膜基系统在接触力载和摩擦热载联合作用下的界面力学分析模型。采用基于位势原理的镜像法,获得了膜基系统关于表面法向力载、切向力载以及摩擦热载的格林函数解析式,以半解析的形式给出了力-热联合载荷作用下膜基系统接触问题的解。膜基系统的热弹性界面力学分析能够提供表面、界面等关键位置处的应力分布、温升分布等多种摩擦学设计所需信息。为了研究膜基系统的高温极限承载能力和润滑膜层的高温摩擦特性,发展了适...
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 滚动轴承的高温固体润滑材料
1.2.2 膜基系统热弹性接触力学分析
1.2.3 膜基系统高温承载能力和磨损行为的试验研究
1.2.4 国内外研究现状分析总结
1.3 本文的主要研究内容
第2章 考虑滚动体歪斜效应的干摩擦圆锥滚子轴承摩擦分析
2.1 引言
2.2 考虑滚动体歪斜的圆锥滚子轴承摩擦力矩模型
2.2.1 滚动体运转歪斜对滚道接触变形量的影响
2.2.2 歪斜滚动体的受力平衡分析
2.2.3 干摩擦圆锥滚子轴承的摩擦力矩分析
2.3 滚动体歪斜效应对圆锥滚子轴承摩擦力矩的影响分析
2.3.1 摩擦系数对轴承摩擦力矩的影响
2.3.2 保持架兜孔间隙对轴承摩擦力矩的影响
2.3.3 基于摩擦系数的保持架兜孔间隙优化选取
2.4 本章小结
第3章 膜基系统热弹性接触问题的半解析方法研究
3.1 引言
3.2 热弹性点接触问题的余能原理
3.3 基于镜像点法的膜基系统格林函数
3.3.1 关于表面法向点载荷的格林函数
3.3.2 关于表面切向点载荷的格林函数
3.3.3 关于表面点热源的格林函数
3.4 膜基系统热弹性接触问题的求解流程
3.5 膜基系统热弹性接触模型的验证
3.6 基于热弹性接触分析的膜基系统优化设计
3.6.1 膜层材料的优选
3.6.2 膜层厚度优化设计
3.6.3 膜层与基体热弹性参数比的优化设计
3.7 本章小结
第4章 金属氮化物膜层-M50钢系统的高温承载特性研究
4.1 引言
4.2 试验流程
4.2.1 试样制备
4.2.2 高温压痕/划痕试验装置结构设计
4.2.3 高温压痕/划痕试验流程
4.3 膜基系统的高温弹塑性属性参数研究
4.3.1 单一材料半空间弹塑性属性参数的无量纲分析方法
4.3.2 膜基系统的压痕分析方法
4.3.3 金属氮化物和M50钢的高温弹塑性属性参数
4.4 CrN膜层-M50钢系统的高温极限承载性能研究
4.4.1 CrN膜层-M50钢膜基系统的高温划痕试验结果
4.4.2 CrN膜层-M50钢系统划痕失效的主导应力分析
4.5 本章小结
第5章 金属氮化物膜层的高温摩擦特性及磨损行为研究
5.1 引言
5.2 金属氮化物膜层-M50钢系统的高温摩擦特性
5.2.1 TiN膜层的摩擦特性随载荷和温度的转变
5.2.2 CrN膜层的摩擦特性随载荷和温度的转变
5.2.3 CrN膜层摩擦特性随载荷和温度转变的致因分析
5.3 CrN膜层-M50钢系统的高温重载磨损特性
5.3.1 常温与高温下重载微磨损行为比较
5.3.2 循环重载作用下的界面应力分析
5.4 本章小结
第6章 薄膜润滑圆锥滚子轴承的高温试验研究
6.1 引言
6.2 基于界面力学分析的轴承固体薄膜润滑设计
6.3 高温台架试验考核
6.3.1 圆锥滚子轴承高温运转性能测试装置
6.3.2 圆锥滚子轴承高温运转性能考核试验结果
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3856568
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 滚动轴承的高温固体润滑材料
1.2.2 膜基系统热弹性接触力学分析
1.2.3 膜基系统高温承载能力和磨损行为的试验研究
1.2.4 国内外研究现状分析总结
1.3 本文的主要研究内容
第2章 考虑滚动体歪斜效应的干摩擦圆锥滚子轴承摩擦分析
2.1 引言
2.2 考虑滚动体歪斜的圆锥滚子轴承摩擦力矩模型
2.2.1 滚动体运转歪斜对滚道接触变形量的影响
2.2.2 歪斜滚动体的受力平衡分析
2.2.3 干摩擦圆锥滚子轴承的摩擦力矩分析
2.3 滚动体歪斜效应对圆锥滚子轴承摩擦力矩的影响分析
2.3.1 摩擦系数对轴承摩擦力矩的影响
2.3.2 保持架兜孔间隙对轴承摩擦力矩的影响
2.3.3 基于摩擦系数的保持架兜孔间隙优化选取
2.4 本章小结
第3章 膜基系统热弹性接触问题的半解析方法研究
3.1 引言
3.2 热弹性点接触问题的余能原理
3.3 基于镜像点法的膜基系统格林函数
3.3.1 关于表面法向点载荷的格林函数
3.3.2 关于表面切向点载荷的格林函数
3.3.3 关于表面点热源的格林函数
3.4 膜基系统热弹性接触问题的求解流程
3.5 膜基系统热弹性接触模型的验证
3.6 基于热弹性接触分析的膜基系统优化设计
3.6.1 膜层材料的优选
3.6.2 膜层厚度优化设计
3.6.3 膜层与基体热弹性参数比的优化设计
3.7 本章小结
第4章 金属氮化物膜层-M50钢系统的高温承载特性研究
4.1 引言
4.2 试验流程
4.2.1 试样制备
4.2.2 高温压痕/划痕试验装置结构设计
4.2.3 高温压痕/划痕试验流程
4.3 膜基系统的高温弹塑性属性参数研究
4.3.1 单一材料半空间弹塑性属性参数的无量纲分析方法
4.3.2 膜基系统的压痕分析方法
4.3.3 金属氮化物和M50钢的高温弹塑性属性参数
4.4 CrN膜层-M50钢系统的高温极限承载性能研究
4.4.1 CrN膜层-M50钢膜基系统的高温划痕试验结果
4.4.2 CrN膜层-M50钢系统划痕失效的主导应力分析
4.5 本章小结
第5章 金属氮化物膜层的高温摩擦特性及磨损行为研究
5.1 引言
5.2 金属氮化物膜层-M50钢系统的高温摩擦特性
5.2.1 TiN膜层的摩擦特性随载荷和温度的转变
5.2.2 CrN膜层的摩擦特性随载荷和温度的转变
5.2.3 CrN膜层摩擦特性随载荷和温度转变的致因分析
5.3 CrN膜层-M50钢系统的高温重载磨损特性
5.3.1 常温与高温下重载微磨损行为比较
5.3.2 循环重载作用下的界面应力分析
5.4 本章小结
第6章 薄膜润滑圆锥滚子轴承的高温试验研究
6.1 引言
6.2 基于界面力学分析的轴承固体薄膜润滑设计
6.3 高温台架试验考核
6.3.1 圆锥滚子轴承高温运转性能测试装置
6.3.2 圆锥滚子轴承高温运转性能考核试验结果
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3856568
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