滚动轴承将滑动摩擦转换为滚动摩擦,有着摩擦阻力小、效率高的优点,因此被广泛应用在各类机械设备中。随着现代工业的进步,滚动轴承的研究朝着重载、耐磨等方向不断发展。传统的单一金属轴承受限于新材料的发展,已经不能满足现代机械的使用要求,尤其在重载工况下,滚子与滚道的接触应力大,容易破坏润滑油膜,导致轴承因磨损而失效。为此,本课题以圆柱滚子轴承内圈为对象,对层复合材料滚动轴承接触特性展开研究。主要研究内容如下:(1)基于弹性体接触理论,分析圆柱滚子轴承的接触变形能力以及应力状况,以最大接触应力和接触半宽作为主要因素分析圆柱滚子轴承的接触性能和使用寿命。(2)设计层复合滚动轴承结构模型。利用两种不同弹性模量的金属材料,以层复合的方式形成轴承的内外圈,与滚动体接触的滚道表层采用高弹性模量材料,基层采用弹性模量较低的材料。以期复合后的轴承内外圈滚道表面在保持高硬度、高耐磨性的同时,增大接触变形,降低接触应力,有利于润滑油膜的存在,减少轴承的磨损,提高轴承的寿命。(3)基于赫兹接触理论和波西涅斯克公式,并结合弹性接触有限元分析方法,建立圆柱滚子轴承接触性能的分析模型;进而利用ANSYS Workbench软件分析在受载情况下,单一金属内圈与层复合金属内圈的接触应力以及变形情况,探究不同弹性模量金属材料以及外层金属厚度对层复合金属内圈接触特性的影响规律。(4)设计、制造接触摩擦试验机,并结合理论和仿真分析进行单一材料轴承内圈、层复合材料轴承内圈与滚子的接触摩擦试验。结果表明,层复合金属内圈的接触磨痕宽度较单一金属材料内圈大,磨损量小,证明前者具有更好的接触变形能力;轴承内圈的等效弹性模量越小,接触性能越好。