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基于拟静力学方法的球轴承动力学特性研究

马子魁

  球轴承是应用广泛的精密机械组件,其工作性能对于采用该组件的机械、机构至关重要.虽然球轴承传统理论分析模型已经能够解决工程应用和理论分析中面临的多数问题,但对球轴承滚滑接触、磨损失效等方面的研究仍不理想.本文以固体润滑球轴承为主要应用对象,以滚动接触理论和球轴承基本理论为基础,建立了球轴承拟静力学蠕滑分析数学模型.该模型对于揭示球轴承的运动学、力学本质具有重要意义,并为球轴承的高性能、高可靠、长寿命优化设计建立可靠、有效的理论分析基础. 第1章对国内外滚动接触理论和滚动轴承基本理论的研究进行了扼要综述,指出采用滚动接触理论对球轴承进行拟静力学分析的可行性和重要意义,并结合工程需要对本文的研究目标和研究内容进行了概述. 第2章简要论述了球轴承的基本理论,提出了用于处理球轴承变形相容关系的方法.详细阐述了滚动接触理论的基本概念、基本假设和数学处理方法,建立了适用于球轴承滑动接触分析的Heathcote滚滑数学模型,归纳了球轴承理论分析、弹性接触分析和滚动接触分析的基本假设. 第3、4章在球轴承基本理论和滚动接触理论基础之上,提出了球轴承的蠕滑分析模型和滚动体/滚道切向拖动力、拖动力矩计算方法,分别给出了纯轴向载荷和联合载荷工况下球轴承的拟静力学蠕滑分析模型.简要评述了非线性方程组的数值求解算法,并提出了求解球轴承拟静力学蠕滑分析强非线性方程组的非单调全局线性搜索算法. 第5章基于滚动接触理论,探讨了弹性滚动接触体之间切向蠕滑率/自旋率与切向拖动力之间的定量关系,分析了弹性滚动接触体之间的相对滑动现象,并探讨了Heathcote滑动对滚动接触问题的影响. 第6章在给定工况下计算了球轴承的接触角、接触载荷、套圈位移等工作特性,并将其与采用经典理论方法得到的计算结果相比较.对特殊工况下球轴承的工作特性进行分析计算,通过理论计算结果验证了滚动接触理论对于求解球轴承滚动接触问题的有效性,并讨论了滚动体与滚道之间的摩擦效应对滚动体接触角、姿态角、旋滚比等工作特性的影响.探讨了Heathcote滑动对球轴承滚动接触问题的影响,对滚动体与滚道之间的相对滑动速度场进行了分析,并讨论了滚动体惯性效应对球轴承工作特性的影响.最后,讨论了摩擦效应、轴承转速、联合载荷等因素对球轴承运动学、力学特性的影响. 第7章对本研究的结论、创新点、不足和展望作简要总结.……   
[关键词]:球轴承;拟静力学;滚动接触;蠕滑;差动滑动;FASTSIM算法;非单调线性搜索
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2010年