【摘 要】
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滚动轴承作为重要的旋转支持零部件,很大程度上决定了装备的整机性能。由于固体润滑具有耐高低温、耐高压、耐辐射、不挥发、不污染等特点,在高低温、强辐射和高真空的空间环境或者无法油脂润滑的环境,通常使用固体润滑滚动轴承,但是目前以经验知识和试验为基础的“试凑法”具有较大的盲目性,造成固体润滑轴承服役性能与润滑涂层磨损寿命一致性较差,造成固体涂层润滑轴承的工作寿命一致性较差,导致许多空间设备因滚动轴承固体
【基金项目】
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国家青年自然科学基金,“基于接触特性分析的滚动轴承固体润滑涂层失效模式预测方法研究（项目编号51705364）”; 天津市自然科学青年基金项目“面向工况的滚动轴承元件表面多层复合润滑涂层设计方法研究（项目编号18JCQNJC74900）”
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滚动轴承作为重要的旋转支持零部件,很大程度上决定了装备的整机性能。由于固体润滑具有耐高低温、耐高压、耐辐射、不挥发、不污染等特点,在高低温、强辐射和高真空的空间环境或者无法油脂润滑的环境,通常使用固体润滑滚动轴承,但是目前以经验知识和试验为基础的“试凑法”具有较大的盲目性,造成固体润滑轴承服役性能与润滑涂层磨损寿命一致性较差,造成固体涂层润滑轴承的工作寿命一致性较差,导致许多空间设备因滚动轴承固体润滑失效而无法正常服役,造成巨大的经济损失,成为军事国防的安全隐患。因此本文重点对固体润滑滚动轴承套圈沟道表面固体润滑涂层对轴承服役力学行为的影响及其自身的磨损寿命展开研究工作,为滚动轴承固体润滑涂层的摩擦学应用设计奠定理论基础和设计分析方法,具有重要的理论意义与工程应用价值。本文首先建立了多层涂层体系三维点接触分析模型,并基于该模型研究了多层固体润滑涂层结构模式对接触行为的影响作用;接着采用非线性拟合的方法建立其接触载荷与接触变形的非线性关系式,从而进一步建立固体润滑角接触球轴承拟静力学分析模型;然后基于固体润滑滚动轴承内部摩擦接触微区滑滚接触PV值的计算,并结合涂层摩擦磨损试验测试获取的磨损系数,建立了以涂层磨穿为标准的固体润滑轴承Archard磨损寿命评估预测模型,形成了一种从滚动轴承服役工况→轴承接触力载分布等宏观力学行为→内部接触微区接触特性的跨尺度计算分析方法,并建立了固体润滑涂层磨损寿命的快速评估预测方法。本文主要章节完成的研究工作内容如下:（1）推导了多层涂层体系的三维弹性场频域解,并基于半解析法建立了多层涂层体系三维弹性点接触分析模型。基于该模型研究了多层涂层结构模式对其接触压力分布和次表层接触应力的冯米斯等效应力以及接触变形的影响作用;（2）应用非线性拟合的方法建立多层固体润滑涂层三维点接触的接触变形与接触力载的非线性关系式,并替代Hertz接触理论的接触变形公式,建立了考虑固体润滑涂层对接触变形影响的滚动轴承拟静力学分析模型,并通过对比验证分析模型的有效性;（3）基于固体润滑滚动轴承内部摩擦接触微区滑滚接触PV值的计算,并结合涂层摩擦磨损试验测试获取的磨损率系数,建立了以套圈表面涂层磨穿为判断标准的固体润滑轴承Archard磨损寿命预测模型,并通过与试验数据的对比验证了模型预测结果的有效性;（4）基于Matlab GUI模块结合固体润滑涂层三维弹性点接触分析模型、固体润滑轴承拟静力学模型、固体润滑轴承Archard寿命评估模型开发了固体润滑轴承服役力学行为分析与磨损寿命评估软件,并通过该软件对具体实例进行寿命分析和结构参数优化设计。
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