变载条件下凹坑织构对81107TN轴承摩擦性能的影响

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圆柱滚子轴承因其承载能力高、摩擦系数小、适用高速旋转等优点被广泛应用,如在汽车、机床、起重机等重型机械中十分常见。因为滚动轴承的应用场合多变,特别是在比较恶劣的工作环境中,滚动轴承极易发生失效,滚动轴承一旦失效将直接影响整个机器的工作性能。滚动轴承的主要失效形式是轴承的摩擦磨损,所以提高滚动轴承的抗磨性能,对于提高轴承的工作效率和使用寿命具有重要意义。本文以81107TN圆柱滚子轴承为研究对象,通过在轴承轴圈表面进行凹坑织构化处理,研究了在不同润滑条件和载荷加载方式下,凹坑织构对81107TN圆柱滚子轴承摩擦磨损性能的影响。首先通过ANSYS-Workbench软件对轴承进行了静力学和瞬态动力学仿真分析,静力学仿真分析中,通过对轴承轴圈表面进行路径设置,研究了凹坑织构对轴承力学性能的影响。瞬态动力学仿真分析中,研究了不同加载方式对轴承力学性能的影响。研究表明:凹坑织构化轴承轴圈路径上所受等效应力值均大于无织构轴承,等效应力的峰值均出现在圆柱滚子与轴圈接触区域的边缘处,且轴承轴圈所受的等效应力和接触应力均集中在圆柱滚子与轴圈接触处。然后,探究在不同润滑条件和加载方式下,凹坑织构对81107TN圆柱滚子轴承摩擦磨损性能的影响。在81107TN圆柱滚子轴承轴圈表面进行不同直径和深度的凹坑织构化处理,并在万能摩擦磨损试验机上进行贫油润滑和干摩擦条件下的变载荷摩擦磨损试验,对比分析了摩擦磨损试验后的摩擦系数、磨损量以及表面形貌。结果表明:在贫油润滑和阶梯渐进增长式载荷作用下,凹坑织构具有良好的储油特性,直径250μm,深度20μm的凹坑织构化轴承表现出良好的摩擦磨损性能,不仅平均摩擦系数上升时间点比光滑无织构滞后6000s,且与光滑无织构轴承相比,其磨损量也降低了7%。在干摩擦和周期性变化载荷作用下,直径200μm,深度30μm的凹坑织构化轴承抗磨性能较好,不仅其磨损量较光滑无织构轴承减少了约13%,摩擦系数也减少了30.5%。最后,研究不同载荷加载方式对81107TN圆柱滚子轴承摩擦磨损性能的影响,分别在贫油润滑和干摩擦条件下,进行了变载荷与恒定载荷的摩擦磨损对比试验。研究表明:在贫油润滑条件下,与施加恒定载荷的轴承相比,阶梯渐进增长式载荷作用下的轴承摩擦系数值更低,摩擦系数曲线更平稳,且磨损量减少了7.3%。在干摩擦磨损试验中,周期性变化载荷作用下的轴承摩擦系数值略高于恒定载荷轴承,但其磨损量较恒定载荷轴承减少了48%。
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