项目名称: 弹流润滑条件下陶瓷轴承粗糙表面重复接触稳定性研究

项目编号: No.51475364

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 原园

作者单位: 西安理工大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 瞄准高速加工中心、精密机床等重大装备电主轴陶瓷轴承的摩擦磨损失效问题,以提高陶瓷轴承的承载能力和使用寿命为目的,围绕弹流润滑条件下陶瓷轴承粗糙表面重复接触安定性问题展开研究。通过发展弹流润滑理论、粗糙表面弹塑性接触理论,建立弹流润滑条件下陶瓷轴承粗糙表面接触安定模型,采用多重网格法、应力应变释放法和线性规划法,探究轴承滚道粗糙表面形貌、润滑油膜厚度、油膜承载压力、残余应力场随接触次数的演化规律,确定轴承滚道粗糙表面在弹流润滑条件下的接触安定极限,揭示影响润滑接触稳定性的敏感因素,获得弹流润滑条件下陶瓷轴承粗糙表面重复接触稳定性的必要条件。综合理论计算和实验测试结果,抽取滚道粗糙表面几何参数和润滑特征参数,构建有规可循的宏观接触等效模型,揭示微观粗糙表面接触与宏观接触之间的内在关系。为发展高速重载陶瓷轴承的设计方法、加工与应用技术,延长陶瓷轴承使用寿命,提供理论基础和科学依据。

中文关键词: 粗糙表面;弹流润滑;安定;残余应力;陶瓷轴承

英文摘要: Aiming at the failure problem of friction and wear on silicon nitride bearing for high-speed machining centers and precision machine tool, and in order to improve silicon nitride bearing capacity and service life, the shakedown analysis on rough surface repeated contact with elastohydrodynamic lubrication is developeded. The derivation of the contact model is facilitated through the definition of plastic asperities that are assumed to be embedded at a critical depth within the actual surface asperities. The elastohydrodynamic lubrication theory and Hertz theory on rough surface are extented, and a shakedown model on on rough surface repeated contact with elastohydrodynamic lubrication is obtained, and numerical algorithms about the model are presented. The multigrid method, stress and strain release method and linear programming method are given to solve the mathematical model. The relations between deformation of asperity, evolvement of rough surface geometry, elastoplastic deformation, lubricating oil film thickness, the bearing stress, cumulation of residual stress and repeat contact cycle are studied. The shakedown limited of model of rough surface contact under elastohydrodynamic lubrication condition is calculated, and the sensitive factors for affecting the lubricated contact stability are revealed. the necessary conditions for rough surface repeated contact stability under the elastohydrodynamic lubrication condition are obtained. According to the theoretical and experimental results, the geometric parameters of rough surface and elastohydrodynamic lubrication are obtained, and the macro contact equivalent model is developed. The inner relationship is revealed between microscopic rough surfaces comtact model and macroscopic contact model. Eventually the relatively The unified model contact mechanical model under elastohydrodynamic lubrication condition is established, which is suitable for areas of the contact element design, for the development of high speed and heavy load contact element design method. The research results will provide a theoretical foundation and scientific evidence for design of silicon nitride bearing,processing and application of technology of bearing and increase of bearing service life.

英文关键词: rough surface;elastohydrodynamic lubrication;shakedown;residual stree;ceramic bearing

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