修形圓錐滾子軸承的接觸力學(xué)和振動特性研究及應(yīng)用.pdf

1、滾動軸承的振動和噪聲影響軸承的工作性能和產(chǎn)品質(zhì)量，是軸承重要的質(zhì)量評價參數(shù)，已上升為第一重要的質(zhì)量指標(biāo)。圓錐滾子軸承振動的影響因素眾多，圓錐滾子修形是其中的主要因素之一。圓錐滾子的修形設(shè)計作為消除接觸副的“邊緣效應(yīng)”、提高滾動軸承壽命的有效途徑，在圓錐滾子軸承設(shè)計中有著重要的地位，然而關(guān)于其對軸承振動影響的研究進(jìn)展緩慢。鑒于此，本文基于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的滾動軸承振動測量方法，從理論和實踐上對滾子修形狀態(tài)下圓錐滾子軸承的振動進(jìn)行了研究，為軸承

2、的減振降噪、滾子的修形設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。
　　基于經(jīng)典的Hertz彈性接觸理論，根據(jù)影響系數(shù)法研究了不同修形滾子和滾道接觸副在不同工況下的接觸應(yīng)力和變形情況，驗證了對數(shù)修形曲線具有較優(yōu)應(yīng)力分布特性的結(jié)論。為了快速計算接觸變形量，提高動力學(xué)特性分析的效率，本文在彈性接觸問題數(shù)值算法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的修形滾子-滾道接觸副的接觸變形計算方法——數(shù)據(jù)擬合方法，分別給出了包含滾子尺寸參數(shù)、修形參數(shù)及載荷參數(shù)直母線滾子、圓弧修形滾子和

3、對數(shù)修形滾子與滾道間的接觸變形經(jīng)驗公式。
　　綜合考慮Hertz彈性接觸理論和彈流潤滑理論，本文建立了修形圓錐滾子和滾道接觸副的等效剛度和阻尼分析模型；在修形圓錐滾子軸承的負(fù)荷分布分析的基礎(chǔ)上，基于剛度和阻尼分解的計算方法，建立了修形圓錐滾子軸承軸向和徑向等效剛度和等效阻尼的分析模型；基于上述分析模型，分別研究了圓錐滾子修形和工況條件對接觸副力學(xué)特性的影響、對負(fù)荷分布的影響以及對軸承接觸力學(xué)特性的影響。
　　在接觸力學(xué)特性分

4、析的基礎(chǔ)上，本文基于接觸力學(xué)方法建立了測振狀態(tài)下全面考慮潤滑因素及滾子離心力作用的修形圓錐滾子軸承系統(tǒng)的非線性動力學(xué)模型，以及劃傷、雜質(zhì)、波紋度和粗糙度等缺陷的內(nèi)部激勵函數(shù)模型，從理論上對修形圓錐滾子軸承的振動機(jī)理和振動水平進(jìn)行有效的分析和評價。以國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的軸承振動加速度級和波峰因數(shù)作為振動水平的評價指標(biāo)，仿真分析了圓錐滾子的修形形狀、修形參數(shù)以及工況條件對軸承振動水平的影響，并使用專用的軸承振動測量儀進(jìn)行了實驗驗證。
　　

5、為了對現(xiàn)階段的滾子修形設(shè)計提供理論依據(jù)和參考，本文針對具有較優(yōu)接觸力學(xué)性能的對數(shù)修形曲線，綜合考慮軸承的振動水平、疲勞壽命及接觸副的接觸應(yīng)力分布，分別研究了輕載和重載工況下圓錐滾子修形的優(yōu)化設(shè)計方法，其中輕載工況以降低軸承振動水平為優(yōu)化目標(biāo)，重載工況則以提高軸承的疲勞壽命為優(yōu)化目標(biāo)。為了適應(yīng)工程應(yīng)用的需要，基于本文提出的滾子修形設(shè)計方法進(jìn)行了多種不同型號圓錐滾子的對數(shù)修形設(shè)計，得到了滾子母線上四個測量點處的最佳修形量及公差的計算公式，同