滚滑运动下滚动轴承的磨损特性研究

作     者：李中阳 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：庞新宇

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：滚动轴承 滚滑运动 有限元分析 表面形貌 油液分析 

摘      要：轴承作为机械设备的重要部件,其运行状态关乎设备的工作性能。在实际的生产活动中,轴承由于滚子与滚道弹性接触产生弹性变形进入滚滑运动状态,在润滑不良的工况下滚滑运动状态加剧了摩擦副磨损并逐渐发展为轴承打滑。因此对轴承的滚滑运动进行状态监测与特性分析并确定摩擦磨损的影响因素表征在轴承的视情维修中具有重要的理论分析与工程实用价值。本文以圆柱滚子轴承为研究对象,在轴承摩擦磨损试验的基础上,结合有限元仿真分析数据对摩擦力进行实时表征,分析轴承滚滑比、滚子转速及载荷等磨损影响因素带来的摩擦力变化趋势,提出了磨损后表面形貌分析与润滑油液分析技术相结合的表征方法,完成了轴承磨损状况的间接表征。首先,基于滚动轴承摩擦磨损试验台进行轴承磨损试验并记录试验所得数据,结合实际工况调整试验台参数,模拟常见的滚滑运动状态,并对照摩擦变化趋势确定合适的参数取值范围。在保证轴承正常工作的前提下选取合适的润滑油温及油量,设置不同滚滑比、滚子转速及外加载荷等工况参数进行测试,选定参数后对内圈试件进行长时间摩擦磨损试验,记录试验中摩擦力变化数据,磨损后内圈试件与润滑油各项参数可为研究轴承滚滑运动机理提供分析依据。其次,采用ABAQUS有限元软件中的显式动力学有限元仿真法,建立轴承动力学分析模型。依据试验参数的选择设置不同仿真对照组,对仿真数据进行归纳与分析,确定摩擦力的实时变化趋势,为后续表征摩擦磨损特性提供了分析基础。最后,运用灰色关联分析法验证了摩擦系数表征摩擦力时仿真数据与试验数据具有紧密的关联性,仿真所得数据可作为判断轴承磨损状态实时变化的依据。在轴承磨损试验中,使用三维形貌分析仪观察记录轴承磨损后内圈表面形貌,使用油液分析技术表征时的常用仪器毛细管粘度计及KT-2颗粒计数器统计润滑油粘度及颗粒度。通过将仿真数据与试验数据相联系,结合摩擦力变化趋势表征摩擦磨损实时状态,利用表面形貌观测技术与油液分析技术对轴承磨损状况进行间接表征。