摘 要

轴承是现代化的机器最重要的零部件之一，它在汽车领域、航天航空领域等方面发挥着不可替代的作用。轴承会受到变化的重载荷，在这种交变应力往复作用的情况下，轴承很有可能被破坏而产生失效，一旦轴承因被破坏而失效，就会直接导致各种机器无法正常的运转和工作，甚至会带来人员的伤亡，因此，研究环境因素对轴承的应力应变规律以及轴承磨损情况的影响显得非常重要。

本文首先介绍了圆柱滚子轴承的结构和性能特点、弹性理论、赫兹理论以及Archard磨损模型，为下面的应力应变及磨损分析奠定理论基础。然后通过ABAQUS软件对圆柱滚子轴承进行建模、前处理、计算及后处理，通过对不同载荷、不同微粒杨氏模量、不同轴承外圈与微粒的摩擦系数条件下的最大应力进行统计，分析环境因素对轴承产生的应力应变变化规律。最后通过Archard磨损模型，分析在轴承所受载荷不同或微粒材料不同或轴承外圈与微粒的摩擦系数不同条件下，微粒对轴承带来的磨损量对比。

通过上述研究，我们可以了解到微粒引起轴承应力危险点的机理，为减少环境因素对轴承产生的磨损奠定了理论基础。

关键词：圆柱滚子轴承；微粒；应力；磨损

Abstract

Bearings are one of the most important parts of a modern machine.It plays an irreplaceable role in the automotive field, aerospace field and other areas.The bearing will be subject to heavy loads.In the case of this alternating stress reciprocating effect, the bearing is likely to be destroyed and produce failure.Once the bearing is damaged due to failure, it will directly lead to a variety of machines can not work and work, and even bring casualties.Therefore, it is very important to study the influence of environmental factors on the stress-strain law of bearing and the bearing wear.

This paper first introduces the structure and performance characteristics of cylindrical roller bearings, elastic theory, Hertz theory and Archard wear model.This part is the theoretical basis for the following stress strain and wear analysis.And then through the ABAQUS software for cylindrical roller bearings modeling, pre-processing, calculation and post-processing.In this paper, the maximum stress of different bearing, different particles Young's modulus, different bearing outer ring and particle friction coefficient is statistically analyzed, and the stress and strain changes of bearing factors are analyzed.Finally, through the Archard wear model, the paper analyzes the wear amount of the bearing on the bearing under the condition that the bearing load is different or the particle material is different or the friction coefficient of the bearing outer ring and the particle is different.

Through the above research, we can understand the mechanism of bearing stress caused by particles of the mechanism, in order to reduce the environmental factors on the bearing wear laid the theoretical basis.

Key words:Cylindrical roller bearings; microparticles; stress;wear

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 1

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2研究目的和意义 2

1.3国内外研究现状 2

1.4滚动轴承常见的失效形式 4

1.5本文的主要内容 5

第二章 理论基础 7

2.1 圆柱滚子轴承的结构与性能特点 7

2.1.1圆柱滚子轴承的结构特点 7

2.1.2圆柱滚子轴承的性能特点 7

2.2弹性理论 7

2.3赫兹理论 10

2.3.1接触面几何关系 11

2.3.2两接触物体的接触应力 12

2.4 Archard磨损模型理论 14

2.5本章小结 15

第三章 前处理与分析 16

3.1ABAQUS总体介绍 16

3.2前处理 17

3.2.1建立模型 17

3.2.2定义材料 18

3.2.3装配 19

3.2.4分析步 19

3.2.5定义接触 20

3.2.6定义载荷和边界条件 20

3.2.7划分网格 20

3.3提交作业 21

3.4本章小结 21

第四章 摩擦系数不同时轴承应力应变分析 23

4.1微粒和外圈的摩擦系数为0.1 23

4.2微粒和轴承外圈的摩擦系数为0.2 25

4.3微粒和轴承外圈的摩擦系数为0.3 27

4.4微粒杂质与轴承外圈的摩擦系数为0.4 29

4.5摩擦系数不同时，分析结果的对比分析 31

4.6本章小结 33

第五章 载荷不同时轴承应力应变分析 35

5.1载荷为1000N 35

5.2载荷为1500N 35

5.3载荷为2000N 37

5.4载荷为2500N 39

5.5载荷不同时，分析结果对比与总结 41

5.6本章小结 43

第六章 微粒杨氏模量不同时轴承应力应变分析 44

6.1微粒杨氏模量为210GPa 44

6.2微粒杨氏模量为270GPa 44

6.3微粒杨氏模量为315GPa 46

6.4 微粒杨氏模量不同时，分析结果对比 48

6.5本章小结 50

第七章 载荷、杨氏模量、摩擦系数不同时微粒杂质对轴承磨损的影响 51

7.1 磨损 51

7.2 磨损模型 52

7.3轴承外圈与微粒摩擦系数不同时，微粒对轴承磨损情况对比 58

7.4轴承所受载荷不同时，微粒对轴承外圈磨损情况对比 60

7.5微粒材料不同时，微粒对轴承磨损情况对比 62

7.6本章小结 63

总结与展望 65

总结 65

展望 65

参考文献 67

致 谢 69

第一章 绪论

1.1引言

轴承是现代化的机器最重要的零部件之一，它在汽车领域、航天航空领域等方面发挥着不可替代的作用。它能够支撑起高速的回转体，比如汽车中的传动轴、半轴、变速器的第一轴、第二轴和中间轴等等，降低回转体与机械之间的摩擦系数，提高机器的工作效率，另外，轴承在制造过程中大批量生产，实现了标准化、通用化，其互换性能良好。因此，在各个大型机械中，虽然轴承很普通，但是对机器的运行起到了至关重要的作用。

轴承在很早之前就被我们的祖先发明出来，给人们的生活带来了巨大的好处，发挥着不可替代的作用。很早之前，轴承可以用在推车车轮、马车车轮等方面，轴承由于可以支撑轴的回转、减小摩擦力，因此在古代也得到了很广泛的应用，我国也是最早发明轴承的国家之一。近代以来，随着工业革命的推进，各种各样的工业机器得到了飞速发展，也推动了轴承的广泛使用和技术推进。新中国成立以来，我国对轴承的发展也十分重视，特别是改革开放以来，轴承工业步入了一个飞速发展的阶段^[1]。此时轴承不仅需要有效率高、通用化高等优点，更需要精度高。因为现在轴承越来越更加广泛的运用到高铁、航天航空等高精度要求领域，虽然我国轴承工业得到了飞速的发展，但是轴承的顶尖技术却被世界发达国家所垄断，在高铁和航天航空等重要的领域，我国的轴承还需要进口于发达国家。

在高铁、汽车、航天航空等领域，在各种机器运转工作的情况下，轴承承受的载荷不仅是巨大的，而且是复杂的和循环变化的，其接触表明承受的应力一般在1000MPa-4000MPa之间^[2]，在这种交变应力往复作用的情况下，轴承很有可能被破坏而产生失效。更重要的是，一旦轴承因被破坏而失效，就会直接导致各种机器无法正常的运转和工作，轻则导致任务无法完成，重则会带来人员的伤亡。这就要求轴承需要有寿命长和可靠性高等优点，因此，我们需要在制造之前对轴承进行设计分析，轴承的重要性对轴承的设计提出了更高的要求。