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圆柱滚子轴承摩擦力矩低,负荷能力大,同时适合高速旋转,并且内圈或外圈带挡边的滚子轴承又可承受一定的轴向载荷,因而在工业生产中得到广泛的运用。由于表面织构可明显改善摩擦副的摩擦润滑性能,故本文将其应用到圆柱滚子轴承内圈挡边,通过在内圈挡边制备表面织构来减小内圈挡边—滚子端面摩擦副的摩擦生热、擦伤磨损,以提高圆柱滚子的轴向承载能力及使用寿命和可靠性。 本文从理论及试验的角度进行研究。首先,基于 Reynolds方程建立了圆柱滚子轴承内圈挡边-滚子端面的润滑计算模型;采用有限差分法对数学模型进行离散,利用数值计算方法分析工况条件和表面织构参数中微凹坑的面积率、深度和直径等因素对挡边—滚子摩擦副摩擦性能的影响。结果表明:圆柱形微凹坑可明显改善滚子端面—内圈挡边的油膜压力分布,设计合理的织构参数可减小滚子端面与套圈挡边的摩擦因数;最优微凹坑面积率随织构深度和直径的增大而增大;最优微凹坑深度随织构直径的增大而减小,不同微凹坑面积率下最优微凹坑深度的变化较小;工况条件方面,在一定的范围内载荷增大更有利于织构发挥出减摩效果;转速对最优微凹坑面积率的影响较小。 其次,对现有轴承性能测试平台进行改造,设计了轴向加载装置及喷油润滑系统;以 NJ209EM圆柱滚子轴承为例进行了试验研究,通过温升变化测试轴承挡边油膜润滑的效果。结果表明:在轴向载荷为60N,转速为3000r/min,内圈挡边分布直径为0.5mm,深度为20μm,面积率为52.45%的圆柱形微凹坑时,与挡边未织构化轴承相比最高轴承温升降幅可达41.5%,试验结果与理论分析结果基本吻合。 本文系统研究了内圈挡边有表面织构对挡边—滚子摩擦副的油膜润滑及摩擦学性能的影响规律,为提高圆柱滚子轴承轴向承载能力及使用寿命提供了理论基础,为表面织构技术在滚子轴承中的应用研究提供了一种可行的技术方案。