基于高溫重載的自潤滑關(guān)節(jié)軸承的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、目前自潤滑關(guān)節(jié)軸承的應(yīng)用越來越廣泛，但高溫、重載等各種復(fù)雜工況對自潤滑軸承材料提出了越來越多的要求，本課題組研究了一種鈦鋁基自潤滑復(fù)合材料（簡稱為TA，以下同），該材料比強度高、高溫下抗氧化性與耐磨性好，是作為高溫輕質(zhì)關(guān)節(jié)軸承極具前途的材料，但以該種材料制備關(guān)節(jié)軸承的研究并不多。本文采用有限元軟件ANSYS對采用該復(fù)合材料的向心關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行重載和高溫下的分析，并進(jìn)行優(yōu)化分析最終得到結(jié)構(gòu)合理的TA材料關(guān)節(jié)軸承，為進(jìn)一步的實驗研究、制備TA

2、材料關(guān)節(jié)軸承打下基礎(chǔ)；為制備出適用于高溫、重載環(huán)境的自潤滑關(guān)節(jié)軸承提供理論依據(jù)。
　　基于彈性力學(xué)的赫茲接觸理論，建立了計算關(guān)節(jié)軸承接觸壓力、位移量與施加載荷的數(shù)學(xué)模型；對軸承接觸問題的有限元算法進(jìn)行了深入的研究，分析了影響軸承接觸問題求解精度的因素，總結(jié)了ANSYS接觸算法中接觸壓力與摩擦力的迭代計算公式，為關(guān)節(jié)軸承的有限元分析工作奠定了基礎(chǔ)。
　　利用三維建模軟件Solidworks建立了向心關(guān)節(jié)軸承的三維模型，使用AN

3、SYS軟件對其進(jìn)行了純徑向載荷下的分析。在相同的條件下，軸承外圈的應(yīng)力與變形明顯大于內(nèi)圈的應(yīng)力與變形，因此外圈應(yīng)選取強度大的材料，內(nèi)圈可以選擇摩擦性能好的自潤滑材料，可以采用TA材料作為軸承的內(nèi)圈。在相同的載荷下，比較了襯墊式、鑲嵌型、TA材料自潤滑向心關(guān)節(jié)軸承的應(yīng)力應(yīng)變情況，通過分析發(fā)現(xiàn)該TA材料制備的軸承更適合重載工況。以TA材料作為內(nèi)圈的向心關(guān)節(jié)軸承，內(nèi)外圈的應(yīng)力、接觸壓力、摩擦力隨載荷增大而呈線性增大；外圈應(yīng)力、接觸應(yīng)力隨載荷增

4、大升高較快。
　　在ANSYS耦合場中建立了向心關(guān)節(jié)軸承的簡化模型，對內(nèi)圈分別為TA材料、軸承鋼的關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行了熱力耦合分析。在500℃高溫下采用TA材料作為軸承的內(nèi)圈比普通軸承鋼具有明顯優(yōu)勢，軸承接觸面上溫度、應(yīng)力升高比較緩慢。對內(nèi)圈為TA材料的軸承進(jìn)行了多組高溫下的分析，觀察了高溫下載荷變化、速度變化對軸承溫度、應(yīng)力的影響。載荷、滑動速度越大，軸承的溫度、應(yīng)力越大，隨著時間變化，載荷、滑動速度大的軸承溫度升高速度越來越快，軸承