【摘要】：軸承、齒輪和液壓是機構元件的三大要素,不同的組合可以制成各種機械設備。軸承的發(fā)展決定了一個國家的工業(yè)化水平,其性能取決于設計、材料、潤滑和加工工藝四個方面。高速運轉(zhuǎn)的軸承會產(chǎn)生很大的離心力,生成大量摩擦熱導致軸承失效。目前通常用陶瓷材料制備滾動體,從材料和潤滑方面改善軸承的性能。陶瓷球軸承在高速、高溫腐蝕等特殊工況中有很大的應用前景,但是其韌性差,抗沖擊能力不足,因此陶瓷球軸承在船舶、爆破等要求抗沖擊能力的場合有一定限制。本文制備了碳氮化硅陶瓷材料,并對其性能進行測試研究,用此種材料制備滾動體,提高軸承的韌性與抗沖擊能力。使用有限元分析軟件ANSYS對碳氮化硅陶瓷球軸承進行力學分析,主要研究內(nèi)容如下:(1)探究深溝球軸承的運動特征,推導理論公式,研究在靜力作用下其內(nèi)部負荷分布,探索軸承運動時的速度、加速度和應力應變等工作情況。研究軸承的疲勞失效模式,為接下來的軸承材料改性提供理論依據(jù)。(2)采用自蔓延高溫合成和熱壓燒結法制備β-Si_3(C_x,N_(1-x))_4材料,研究其中碳的溶解度大小,以及碳濃度對材料結構穩(wěn)定性、力學以及摩擦學性能的影響。從中可以知道碳在β-Si_3(C_x,N_(1-x))_4中的溶解度約為10 wt.%,超過此濃度將發(fā)生相的偏析形成Si_3N_4/SiC復合材料。在固溶狀態(tài)范圍內(nèi),隨著碳濃度的增加,β-Si_3(C_x,N_(1-x))_4的斷裂韌性和耐磨性都增大,當材料從固溶體轉(zhuǎn)變成復合材料時,斷裂韌性和抗磨性能隨碳濃度的增加而降低,主要是由于復合物中相界缺陷引起的。如果將碳濃度為10%的碳氮化硅材料用作滾動體,能提高韌性,增強軸承的抗沖擊能力。(3)使用ANSYS對碳氮化硅陶瓷球軸承6100進行靜力學分析。發(fā)現(xiàn)最大應力存在于底部滾動體和滾道接觸面上,最大形變量發(fā)生在外載荷正下方的內(nèi)圈上。隨著徑向力的增加,滾動體與內(nèi)外圈滾道的接觸應力應變相應增加,并且滾動體與內(nèi)圈的接觸應力始終大于滾動體與外圈的接觸應力。對比氮化硅軸承與碳氮化硅軸承的最大應力值發(fā)現(xiàn),碳氮化硅軸承的力學性能更加優(yōu)良,存在較小的應力。通過與赫茲應力進行對比,驗證了有限元計算的可行性。(4)使用Workbench對碳氮化硅高速陶瓷球軸承6213進行動力學分析。軸承高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力增大了滾動體與外圈之間的接觸應力,而滾動體與保持架之間的接觸應力呈現(xiàn)不穩(wěn)定的波動。對比分析氮化硅軸承與碳氮化硅軸承之間的應力值變化情況,得知碳氮化硅軸承的應力值較小,但是隨著軸承運轉(zhuǎn)穩(wěn)定,它們之間差異值變小。軸承滾動體的速度則呈現(xiàn)周期性波動,與內(nèi)圈接觸時達到峰值,與外圈接觸時速度為0。軸承剛啟動時,加速度波動較大,說明此時軸承的振動明顯,但是運轉(zhuǎn)一定時間之后加速度趨于0,運轉(zhuǎn)較為平穩(wěn)。通過對軸承的模態(tài)分析,得知在低頻次階段軸承不會產(chǎn)生共振,保持架作為沖壓件,較容易發(fā)生變形,在工藝設計以及選材方面需要優(yōu)化。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

有限元的碳氮化硅高速陶瓷球軸承力學分析與陶瓷球材料第二章 深溝球軸承理論計算分析化分析為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的支撐元件，它的運動看似簡單，內(nèi)大部分工況下外圈固定在軸承座中，靜止不動，內(nèi)實際上軸承的內(nèi)部運動非常復雜，滾動體在內(nèi)外圈運動，而且軸承內(nèi)部元件之間的摩擦滯后力又對研究首先要清楚軸承內(nèi)部的運轉(zhuǎn)情況，圖 2.1 展示圖。

有限元的碳氮化硅高速陶瓷球軸承力學分析與陶瓷球材料用下的負荷分布滾道之間相互接觸，在外加徑向載荷的作用下，接常是半圈受載，受載滾動體的數(shù)量為兩個以上，每與自身所處的位置有關。在此我們需要假設軸承座外套圈不會產(chǎn)生變形[85]，只會有相對位移，負荷分

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本文編號：2727719