触球轴承接触疲劳寿命的有限元分析.pdf

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1、第9 期2 0 0 9 年9 月机械设计与制造M a c h i n e r yD e s i g n&M a n u f a c t u r e9文章编号：1 0 0 1 3 9 9 7(2 0 0 9)0 9 0 0 0 9-0 3高速角接触球轴承接触疲劳寿命的有限元分析陈玉莲肖曙红陈署泉杨士铁(广东工业大学机电工程学院，广州5 1 0 0 0 6)F i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so nt h ec o n t a c tf a t i g u el i f eo fh i g hs p e e da n g u l a rc o n t a

2、c tb a l lb e a r i n g sC H E NY u-l i a n，X I A OS h u-h o n g，C H E NS h u-q u a n，Y A N GS h i-t i e(F a c u l t yo fM e c h a n i c a la n dE l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g，G u a n g d o n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y，G u a n g z h o u510 0 0 6，C h i n a)矿 o o o o 。o o o 。

3、1 吨i【摘要】首先简述了滚动轴承寿命的基本理论以及传统估算方法。然后根据轴承结构与工作特点，56 指出了滚动体与滚道的接触疲劳是轴承的主要失效形式，通过总结一般结构疲劳分析方法，提出了滚动27 轴承采用有限元法进行疲劳分析的方法和步骤。针对实际课题，对给定工况下的角接触球轴承B 7 0 0 5 轴ii 承接触疲劳寿命的有限元分析，将分析结果与轴承经典寿命估算结果进行了对比，一定程度上验证了提56 出的滚动轴承有限元疲劳分析法的合理性。5；关键词：接触疲劳；有限元分析；角接触球轴承i6【A b s t r a c t】F r s to fa l l，i ti n t r o d u c e s

4、t h eb a s i cZ i f et h e o r ya n dt h et r a d i t i o n a ll i f ee s t i m a t i o nm e t h o do fQ0 r o l l i n gb e a r i n g s T h e ni tp o i n t so u tt h a tc o n t a c tf a t i g u eb e t w e e nt h er a c e w a y sa n dr o l l e r si sm a i nf o 肌旷yir o l l i n gb e a r i n g f a i l u

5、r e Ac c o r d i n gt ot h eb e a r i n g ss t r u c t u r ea n dt h ei t sw o r k i n gc h a r a c t e r i s t i c s，i tS u m m n-56r i z e st h eb e a r i n g Sf a t i g u el i f ea n a l y s i sm e t h o d sa n ds t e p sb yF E A Atl a s t，i tc o m p l e t e sac o n t a c t 肛泓99l i f ea n a l y s

6、 i su s i n gF E Ao nt h eg i v e nc o n d i t i o no ft h ea n g u l a rc o n t a c tb a l lb e a r i n g sB 7 0 0 5 C o m p a r i n gt h e；F E Ar e s u hw i t ht h ec l a s s i cb e a r i n g Sl i f ee s t i m a t i o nr e s u h s，r a t i o n a l i t yo f t h eF E Am e t h o di n t r o d u c e db

7、yi taU一一；6i sv e r i f i e d Q2K e yw o r d s：C o n t a c tf a t i g u e；F i n i t ee l e m e n tm e t h o d；A n g u l a rc o n t a c tb a l lb e a r i n g sj fh C o -中图分类号：T H l 2。T G 3 7 5+4 文献标识码：A1 亩行吉费用高，如何提高轴承寿命试验的科学性、准确性以及缩短实验角接触球轴承具有极限转速高、刚性好、成本低、精度高等特时间、降低实验费用是轴承行业急需解决的问题之一。数值仿真点，是高速精密转轴的理想

8、支承。由于结构的特点，角接触球轴承为滚动轴承寿命估算提供了有效手段。的工作是通过滚珠与滚道问的滚动接触来完成的，属于点接触工采用有限元方法对轴承进行接触疲劳仿真，能很好的模拟滚作形式，接触疲劳是角接触球轴承失效的主要形式。轴承的疲劳动轴承的复杂工况，及轴承各部分之间的运动关系、接触载荷及寿命是轴承质量的综合放映。由于轴承工作环境非常复杂，轴承其它影响轴承寿命的因素，这样预测轴承的接触疲劳寿命精度较疲劳试验很难精确模拟，而且实验时间长，取得实验数据慢，实验高，可信度好，在一定程度上改善了轴承疲劳实验周期长、耗资来稿H 期：2 0 0 8 1 1-1 3-。-。-，-o o“0 0-o o j t

9、-汽缸将纸带推入纸带导轨。随后纸带借助于同步带的摩擦力，随6 总结同步带一起运动将纸带送入拔脚机中进行下一步加工。送料机吸盘部分结构简图，如图8 所示。图8 吸盘结构简图T R I Z 是产品创新的有效工具，能帮助工程设计人员迅速发现主要问题并提供解决问题的相应原理。T R I Z 理论将原来困难的产品创新问题，转化为一种相对简单的程式化逻辑过程，并可获得更多的创新方案。利用T R I Z 理论设计的拔脚机送料系统结构简单，工作稳定性好。参考文献1 林晖贾。海波，张优云设计过程框架中的行为与功能映射模型的研究 J 计算柳辅助 复计与图形学学报，2 0 0 2，1 4(2)：1-62 檀润华创新

10、设计T R I Z 发明问题解决理论 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 2(2)3 李彦，李翔龙，赵武，王杰融合认知心理学的产品创新设计方法研究 J 计算机集成制造系统，1 0 0 6-5 9 11(2 0 0 5)0 9-1 2 0 1-0 7万方数据1 0陈玉莲等：高速角接触球轴承接触疲劳寿命的有限元分析第9 期大，取得数据慢的状况。2 滚动轴承疲劳寿命理论在安装、润滑、密封正常的情况下，绝大多数轴承正常的失效形式是表面疲劳剥落。所以，一般所说的轴承寿命是指轴承的疲劳寿命。同一一批试验轴承中的最长寿命和最短寿命都不能作为轴承的寿命标准。因此町把轴承的寿命定义为：一组在相同条件下运转近乎

11、相同的轴承，当它的叮靠度达到9 0 1 对的寿命作为标准寿命，也就是按一组在相同条件下运转近乎相同的轴承中1 0 的轴承发生点蚀破坏，而9 0 的轴承不发生点蚀破坏前的转数(以1 0 6转为单位)或运转小时数作为轴承的基本额定寿命，用L。表示：“=(计(1)式中：c 滚动轴承的额定动载荷(N)；P 一滚动轴承的当量动负荷(N)；占轴承寿命指数，球轴承时-=-3，滚子轴承时o-=-1 0 3。上式所描述的也被称之为L-P 理论，是由瑞典科学家L u n d b e r g 和P a l m g r e n 先后在1 9 4 7 年和1 9 5 2 年提出来的。I 广P 理论主要运用材料力学和弹性

12、力学的方法来研究滚动轴承的寿命，按最大正交剪应力计算。该理论适用于9 0 可靠度的寿命评估和淬火硬度至少为5 8 H R C 的普通轴承钢，并假定内外圈为刚性支承；工作时轴承内外圈相互平行，而且游隙正常；忽略摩擦、滑动等影响因素”I o3 角接触球轴承疲劳寿命分析方法3 1 疲劳寿命分析方法不同的疲劳破坏形式有着不同的疲劳分析方法。j 二程中常用的疲劳分析方法有乏种：名义应力法、局部应力应变法和损伤容限法硒。其中名义应力法适用于高周疲劳；局部应力应变法适用于低周疲劳；而损伤容限法则是随着断裂力学的应用和发展，将断裂力学中临界裂纹长度和裂纹扩展速度综合考虑而形成的一种疲劳分析方法闭。对于滚动轴承

13、，转速较高，循环次数大，循环应力水平较低，属于高周疲劳的范畴，适用的疲劳分析方法是名义应力法。名义应力法认为，两个不同形状的零件只要满足材料相同、载荷谱相同和零件最危险部位的应力集中系数相同，那么他们的疲劳寿命相I 司1 I。使用名义应力法进行疲劳寿命计算时，首先需要根据载荷谱确定零件危险部位；再结合材料的S-N 曲线，经过计算结构危险部位的应力集中系数，最后结合材料的疲劳极限图，通过插值将材料的s N 曲线转换为零件的s-N 曲线；进而根据由载荷谱确定的危险部位的应力谱根据M i n e r 线性损伤累积规则计算零件的寿命瑚。具体的疲劳分析过程，如图1 所示。图1 疲劳分析过程3 2 基于有

14、限元的疲劳分析过程随着有限元方法理论研究的深入和计算机技术的发展，目前已已有很多大型通用的有限元分析软件，如N A S T R A N、A N S Y S等。这些有限元分析软件都具有很强的弹塑性分析功能，能够在正确建立有限元模型的基础上再结合材料属性完成零件疲劳分析所需要的计算零件危险部位应力应变过程的任务朝。在有限元疲劳分析方面，目前已有多个商品化的软件系统，如A N S Y S 自带疲劳分析模块F a t i g u e、M S C F a t i g u e、F E S A F E 和n S o f t 等。这些系统均提供与其它有限元软件的接口，可以导入有限冗软件对结构分析得到的应力应变

15、结果，而后在疲劳分析系统中建立材料的疲劳曲线，并输入载衙谱，选择合适的疲劳损伤累计规则后，即可对结构进行疲劳分析，得到零件危险部位的寿命。结合上面的方法，用A N S Y S 自带疲劳分析模块对角接触球轴承进行接触疲劳分析，具体流程如下所示：I 建立模型一网格划分一施加边界条件和载荷一设置材料属陛ll 求解一后处理接触应力一输入材料疲劳曲线一定义应力集中位置和系数l 指定事件循环次数求解接触疲劳寿命一第一行灰色部分是在通用有限元软件A N S Y S 中完成1 5 1，得到轴承的接触应力历程，第二行灰色部分是在A N S Y S 自带疲劳分析模块中完成得到轴承的疲劳寿命。4 应用实例以角接触球

16、轴承B 7 0 0 5 为例，研究轴承疲劳寿命有限元分析建模和分析方法。利用A N S Y S 自带疲劳分析模块F a t i g u e 对轴承进行寿命分析，然后把有限元结果与L P 寿命理沦得出的经验结果进行分析和对比，实现有限元结果的验证。4 1 问题的提出高速转子用角接触球轴承B 7 0 0 5，转速为9 5 0 0 f r a i n，承受轴向力1 3 7 3 N，径向力1 5 7 7 N，求出该轴承的接触疲劳寿命，预期寿命为1 5 年。轴承及其轴承材料的主要参数，如表l 所示。表1 角接触球轴承B 7 0 0 5 的主要参数篱警嚣鞴撇攀嚣龄犍0 4 7 x1 5。3 69 c r

17、l8 一譬3 5o 5 3，o 5 52 3 2 G P a0巾25x12G B 3 0 8 61 42 8 31 5 P 5 a 2 M。存活率为9 0 时的s N 曲线为N=I 8 9 9 8 x 1 0 4 1 x S-O“，轴承材料的疲劳参数，如表2 所示。表2 轴承材料疲劳参数万方数据N o 9S e p 2 0 0 9机械设计与制造1 14 2 轴承疲劳寿命有限元分析4 2 1 轴承的有限元建模与网格划分根据轴承结构尺寸在A N S Y S 中建立整体模型，并划分网格，再在球和滚道的接触部位进行局部细化，用三维接触单元C O N T A l 7 4 与T A R G E T l 7

18、 0 来描述其接触行为，结构实体单元选用S O L I D 9 2，划分网格后的有限兀模型，如图2 所示。图2 角接触球轴承的有限元分析模型4 2 2 接触分析对角接触球轴承的有限元模型进行加载：(1)轴向力C=1 3 7 3 N，加在内圈正面；(2)径向力E=1 5 7 7 N，集中加在内圈圆柱面f：的一条平行于z 轴的线上；(3)由于轴承按9 5 0 0 r m i n 的速度旋转，滚动体将受到离心力的作用，可将转速直接施加在滚动体上，绕轴旋转，大小为4 1 2 6 6 6 7 r a d s。求解结束后得到轴承的接触应力云图，如图3 所示。可以看出最人应力(1 1 7 3 M P a)发

19、生在外圈滚道与钢球接触处(如图3 左下角接触面M X 处)，也就是节点1 5 7 0 4 6 附近(如图3 左上角放大处)。图3 角接触球轴承的接触时分布情况与最大接触应力位置4 2 3 疲劳寿命分析(1)打开接触分析以后的有限元模型。(2)疲劳数据存储步长设置：M a i nm e n u G e n e r a lp o s t p r o e F a t i g u e S i z eS e t t i n g s 从接触应力云图可看I 叶I 最大应力部位发生在节点1 5 7 0 4 6 处，也就是最有町能发生疲劳破坏的地方，因此疲劳位置f a t i g u eI o c s 设为1；

20、轴承承受联合载荷轴向力瓦=1 3 7 3 N，径向力E=1 5 7 7 N 的作用，只发生一种应力循环，因此疲劳事件f a t i g u ee v e n t s 设为l；轴承受2 种载荷的作用(轴向力和径向力)，因此载荷n 0 o f l o a d i n g s 设为2。(3)选择最大应力点：U t i l i t ym e n u S e l e c t E n t i t i e s 选择最大应力节点1 5 7 0 4 6，并命名为N C I，即为疲劳位置。(4)存储节点应力：M a i nm e n u G e n e r a lp o s t p r o e F a t i g

21、 u e S t o r eS t r e s s e s S p e c i f i e dV a l。(5)查看疲劳应力曲线：M a i nm e n u G e n e r a lp o s t p r o c F a t i g u e P l o tS t r e s s e s o(6 黼入刚值：M a i nm e n t t c e n e r a lp o s t p r o c F a f i g u e S-N T a b l e输入表2 的2 0 组s _ N 值。(7)疲劳位置设置：M a i nm e n u G e n e r a lp o s t p r o e

22、 F a t i g u e S t r e s sL o c a t i o n s o(8)疲劳事件参数设置：M a i nm e n u G e n e r a lp o s t p r o e F a t i g u e A s s i g nE v e n t s 从前面知道疲劳事件f a t i g u ee v e n t s 为1；该事件的循环数为0 7 3 8 7 2E 1 0(该轴承的预测寿命为1 5 年折合应力循环次数(轴承总的转数)为0 7 3 8 7 2 E i O)；实际应力和显示应力比例设为l：1；该事件命名为E V E l。(9)疲劳计算：M a i nm e

23、n u G e n e r a lp o s t p r o c F a t i g u e C a l c u l a t eF a t i g4 3 结果分析疲劳分析完成好后，输出结果如下：C Y C L E SU S E D A L L O W E D=0 7 3 8 7 E+1 0 0 2 3 0 9 E+l1=P A R l r I A LU S A G E=匐31 9 9 2C U M U L A l I V EF A T I G U EU S A G E=0 31 9 9 2其中C Y C L E SU S E D 是指该轴承的预期寿命(拟使用的循环数)，C Y C L E SA

24、 L L O W E D 是指轴承的允许使用的寿命循环，寿命使用系数(P A R r I I A LU S A G E)为O 3 1 9 9 2，也就是说在当前载荷条件下。该轴承在达到预期寿命时只使用了允许寿命的0 3 1 9 9 2倍，说明该轴承在使用期是安全的。该有限元结果与经验寿命计算L 1 0 结果2 3 8 3 6 E 1 0 之间的误差为3 1 3，这在一定程度上说明了采用的方法对角接触球轴承进行疲劳寿命有限元分析是合理的。5 结论通过对滚动轴承疲劳寿命理论和方法的研究，利用专业有限元软件，实现r 角接触球轴承接触疲劳寿命数值方针分析，该方法在对轴承进行接触分析的基础七，得出轴承在

25、给定工况下的应力分布图及最大接触应力，存储最大应力点作为疲劳破坏的位置，结合s N 曲线，定义应力集中位置和系数，即可算出有限元分析的寿命结果，该结果与经验计算结果相比误差比较小，说明该方法对角接触球轴承疲劳寿命进行有限元分析是合理的。而且该方法能够完整定义轴承的受力以及实际工况，可以计算并直观地显示出轴承接触区工作情况，寿命计算结果可信度更高，甚至可替代实验，且大大节约了实验时间和成本，是一种町行且经济的寿命计算方法。参考文献l 姚I 惺结构疲劳寿命分析北京：国防工业出版社，2 0 0 32 赵少汴抗疲劳i 殳计北京：机械1：业出版社，1 9 9 43 张朝晖A N S Y S 8 D 结构

26、分析及实例解析北京：机械工业出版社，2 0 0 54 王彦伟等基于有限无的疲劳分析方法及实践 J 机械设计与制造，2 0 0 8(1)：2 2-2 45 伍生基于滚动轴承接触问题的有限元分析：硕士学位论文 内蒙古：内蒙古工业大学，2 0 0 7万方数据高速角接触球轴承接触疲劳寿命的有限元分析高速角接触球轴承接触疲劳寿命的有限元分析作者：陈玉莲，肖曙红，陈署泉，杨士铁，CHEN Yu-lian，XIAO Shu-hong，CHEN Shu-quan，YANG Shi-tie作者单位：广东工业大学,机电工程学院,广州,510006刊名：机械设计与制造英文刊名：MACHINERY DESIGN&MA

27、NUFACTURE年，卷(期)：2009，(9)被引用次数：0次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.姚卫星 结构疲劳寿命分析 20032.赵少汴 抗疲劳没计 19943.张朝晖 ANSYS8.0结构分析及实例解析 20054.王彦伟 基于有限无的疲劳分析方法及实践期刊论文-机械设计与制造 2008(01)5.伍生 基于滚动轴承接触问题的有限元分析 2007 相似文献(10条)相似文献(10条)1.学位论文 卢金生 渗氮齿轮硬化层的设计及接触疲劳性能研究 2002 渗氮处理作为一种表面强化手段在齿轮制造中的应用日益广泛,但对于影响渗氮齿轮接触疲劳强度的硬化层深度还缺乏成熟的确定方法,该文从接触

28、疲劳的破坏机理出发,探索了一种齿轮渗氮层的设计方法.论文采用滚子试验方法,深入分析了滚子接触应力场的分布,通过接触疲劳试验,测定了离子渗氮层不同失效概率下的振幅A(/Hv)值.以此作为渗氮层强度设计依据.通过对试验齿轮的接触应力有限元分析,得出沿深度方向上的分布,按照滚子接触疲劳试验所得到的强度判据,设计出了渗氮层的硬度分布曲线.采用可控深层离子渗氮工艺,实现了预期设计的硬度梯度曲线.最后通过齿轮接触疲劳台架试验,验证了所设计的渗氮硬化层是可靠的.该文通过计算和试验所得的渗氮层接触疲劳抗力指标A(/Hv)及用此方法来设计渗氮齿轮技术上是可行的,这方面尚未见报导.2.期刊论文 陈峰.马沛生.刘建

29、业.雷俊良.杨瑞平.徐国良.CHEN Feng.MA Pei-sheng.LIU Jian-ye.LEI Jun-liang.YANG Rui-ping.XU Guo-liang 燃气轮机减速箱齿轮失效有限元分析-管道技术与设备2008,(3)通过对1#PG6531B型燃气轮机减速箱齿轮断齿的失效分析,从齿面初始点蚀、破坏性点蚀和齿面剥落等3种主要疲劳损坏的特征、发生部位及破损危害程度等方面进行了分析研究,通过有限元简要分析了齿轮接触疲劳破损机理,影响因素及其产生原因,并对有关的齿轮破坏提出了相应的预防措施.3.学位论文 李群 轮轨滚动接触过程的有限元分析 2007 铁路运输方式具有运载量大、

30、运输速度高、能量消耗少、运输成本低等优点，对于整个国民经济的发展都起着相当重要的作用。近年来铁路运输不断向高速、重载、大运量和高密度方向发展，创造了巨大的经济效益。但是由于重载、高速带来的钢轨的波浪形磨耗、滚动接触疲劳、脱轨等轮轨关系问题越来越严重。轮轨接触应力的计算则是研究轮轨关系的基础，所以正确分析计算轮轨之间的接触应力对于提高铁路运输安全性与经济性都具有重要意义。本文采用三维造型软件Pro/E进行建模，考虑了车轮和钢轨真实的几何形状和边界条件，采用大型商用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA为工具进行分析，模型中的车轮采用磨耗型踏面LM踏面，钢轨采用60Kg/m钢轨。论文对LM踏面车

31、轮与钢轨在轨底坡分别为1:20和1:40两种情况下进行了分析，结果表明钢轨在轨底坡为1:20的情况下接触应力明显小于1:40的情况；通过变换LM踏面主圆弧半径()及其圆心的位置(S)进行分析，结果表明在1:20的轨底坡的情况下，标准的LM踏面与钢轨处于较好的匹配状态，而在1:40轨底坡的情况下，通过增大主圆弧半径()或减小其圆心位置(S)可以降低踏面锥度，改善轮轨的匹配状态。论文对车辆转弯过程中，车轮在不同横移量时的轮轨接触应力进行了比较，分析了轮缘与钢轨接触时过渡圆弧半径()和横向力对钢轨受力的影响。4.期刊论文 陈峰.马沛生.刘建业.雷俊良.杨瑞平.徐国良.CHEN Feng.MA Pei

32、-sheng.LIU Jian-ye.LEI Jun-liang.YANG Rui-pin.XU Guo-liang 有限元分析在齿轮失效分析中的应用-石油化工设备2008,37(1)根据1#PG6531B型燃气轮机减速箱齿轮断齿失效分析实例,对齿面初始点蚀、破坏性点蚀和齿面剥落等3种主要疲劳损坏的特征、发生部位及破损危害程度进行了分析研究,同时通过有限元法简要分析了齿轮接触疲劳的破损机理、影响因素及其产生原因,并对有关的轮齿破坏提出了相应的预防措施.5.期刊论文 窦鹏.李友国.梁开明.汪长安.DOU Peng.LI Youguo.LIANG Kaiming.WANG Changan CVC热

33、轧机支承辊接触应力有限元分析-清华大学学报（自然科学版）2005,45(12)为了研究连续可变凸度(CVC)热轧机支承辊的接触疲劳机理,用有限元法分析了其表面滚滑动接触应力.所建立的有限元模型由刚体板、工作辊和支承辊组成.利用刚体板将工作辊辊面位移载荷施加于两轧辊组成的弹性系统,并通过刚体板平动和组合使用弹簧单元与梁单元实现了辊间的三维滚滑动接触.结果表明,最大压应力轴向分布呈S形,原辊形会引起接触应力集中.用Lorentz曲线代替倒角优化了辊形,使Hertz接触应力降低到0.581.36 GPa之间,表面层的稳定循环变形在弹性范围内,从而避免了宏观疲劳失效的过早形成.6.学位论文 李晶晶 钢

34、轨钢疲劳短裂纹扩展行为的研究 2006 随着列车轴重、运行速度和行车密度的提高及高强耐磨钢轨钢的应用，接触疲劳损伤成为线路钢轨主要的失效形式之一。钢材的性能严重影响钢轨的接触疲劳寿命。通过对在不同循环周数下接触疲劳试样的裂纹进行观察发现，接触疲劳裂纹的扩展寿命占其总寿命的大部分。对钢轨钢接触疲劳裂纹扩展行为进行微观层次的试验研究有助于分析钢轨钢的接触疲劳行为。本文利用SEM连续动态观察疲劳短裂纹扩展的过程。用U71Mn和U75V钢轨钢材料进行型和-复合型疲劳加载、准静态加载试验，观察试验现象；研究短裂纹的扩展规律；从微观结构等方面分析对短裂纹扩展的影响因素；对比分析两种类型裂纹的扩展规律。用有

35、限元方法分析裂纹尖端附近塑性区的分布情况，比较发现试验结果和有限元计算结果基本吻合。7.会议论文 邓忠民.赵亦兵.洪友士 激光熔凝覆盖率对材料接触疲劳性能影响的模拟 2000 通过有限元分析，研究了接触载荷下，激光熔凝覆盖率对材料接触区表层应力幅值，表层裂纹CTOD的影响，从面预测了熔凝覆盖率对材料接触疲劳寿命的影响。考虑了不同熔凝覆盖率的材料表面微结构形状的差异，不同熔凝覆盖率摩擦副的摩擦系数一样和发生变化两种情况。结果显示，熔凝覆盖率为20左右的材料接触疲劳寿命最好。8.学位论文 唐鼎 大型回转窑支承构件滚动接触疲劳研究 2005 回转窑是冶金、化工、建材等行业生产流程中的核心设备，保证其

36、安全、高效地运行是相应企业提高经济效益的关键。回转窑的主要支承构件，滚圈和托轮，在工作中处于滚动接触状态。从现场维修记录中可见，滚圈和托轮常常在远未达到预期寿命的情况下出现断裂事故。此类事故，一则严重威胁回转窑维护工作人员的人身安全，二则引起生产流程的中断，造成重大生产损失。本论文针对这一状况，重新评估了在滚动接触的工作状态下，滚圈的疲劳寿命，并在研究滚圈一托轮滚动接触疲劳(RCF)损伤演变机理的基础上，提出了一种回转支承构件疲劳寿命计算的新方法。该方法针对性强，物理过程明确，中间步骤少，中间参数少且获取方法简便。通过疲劳试验证明，该方法在计算结果稳定性和精确性方面高于常规方法，具有一定的工程

37、应用价值。从滚圈的受力分析入手，应用有限元分析软件ANSYS，结合现场调研得到的滚圈内外层温度值，对滚圈进行热力耦合分析，得到滚圈上的疲劳危险位置及其应力的周期变化状况。利用局部应力一应变法对滚圈的疲劳寿命进行了计算。论文针对滚动接触工作模式下的疲劳预测方法进行了研究。对2004年6月河南氧化铝厂托轮断裂事故做了现场勘察，并进行了疲劳断口的取样。通过对断口试样在扫描电镜(SEM)下的微观形貌分析，结合事故现场中断口的宏观特征分析，提出了一种在滚动接触中疲劳损伤累积与裂纹发展演变的新模型。基于该模型，依据国内外较为成熟的疲劳分析方法，基于非线性疲劳损伤理论，选择循环滞回能作为损伤参量，推导了构件

38、在滚动接触模式下的新的损伤累积以及疲劳寿命预测公式，由此大大简化了传统方法中的计数模型以及求解过程，使疲劳寿命计算的便捷性和准确性得以提高。通过对4组试件，万次以上循环的破坏性试验，得到滚圈材料单位体积总剪切迟滞回能的大小的疲劳寿命参量，并以此参量为基础，利用本论文中的接触疲劳寿命计算公式验算滚圈的疲劳寿命。9.会议论文 卢金生.王振家.陈国民 渗氮齿轮硬化层的设计及接触疲劳性能研究 2004 本文采用滚子试验方法,测定了离子渗氮层不同失效概率下的振幅A(/Hv)值,以此作为齿轮渗氮层强度设计依据.通过对试验齿轮的接触应力的有限元分析,得出沿深度方向上的分布,依照强度判据,设计出了渗氮层的硬度

39、分布曲线,并采用适当的离子渗氮工艺,实现了预期设计的硬度梯度曲线,最后通过齿轮接触疲劳台架试验,验证了所设计的渗氮硬化层是可靠的.10.学位论文 贾志宁 超硬涂层材料滚动接触应力场数值分析 2004 随着材料科学和现代涂层技术的发展,应用超硬材料涂层技术改善零部件表面的机械性能和摩擦学性能是21世纪表面工程领域重要的研究方向之一.但是目前对于超硬涂层材料滚动接触疲劳失效机理的研究还处于探索之中.因此研究超硬涂层材料滚动接触行为不仅具有现实意义,还可以为超硬材料涂层技术的开发和应用提供科学的参考依据.该文应用大型有限元通用软件ANSYS作为分析工具,以推力球轴承为模型,借助于数值模拟技术研究了超

40、硬涂层材料滚动接触行为,分析了材料特性对轴承滚动接触应力场的影响.对于轴承的材料特性,该文主要分析了弹性模量、泊松比对轴承弹塑性接触应力应变场的影响.计算结果表明超硬涂层材料滚动接触的力学行为和一般的滚动接触的力学行为存在很大的不同,主要表现在对最大剪切应力的影响.涂层弹性模量变化对滚动接触时的最大等效应力影响较为明显,而对最大剪切应力产生一定的影响,这一点和一般滚动接触时弹性模量变化的影响作用是一样的.泊松比的变化对最大剪切应力及剪切应力场几乎没有影响.对超硬涂层材料而言,最大剪切应力发生在涂层和过渡层的结合部位,而对一般滚动接触来说,最大剪切应力发生在表面下某一深度处,但是这一深度值远远大于涂层厚度.此外,该文还借助于新型超硬涂层材料滚动接触疲劳试验机,应用光学显微镜和扫描电镜技术分析了超硬涂层材料滚动接触疲劳行为,进一步验证了利用有限元分析所得结论的合理性.该文的工作对于进一步深入研究超硬涂层接触疲劳机理及定量评定技术具有很大的指导意义.本文链接：http:/