1、本文針對滾動軸承,以力求使涂層軸承的疲勞壽命最長和機械力學性能最優(yōu)為基本出發(fā)點,在前人工作的基礎上,對多種材料的單層涂層、雙層涂層以及涂層球軸承的亞表面應力場進行研究,詳細探討了涂層/基體亞表層內Von Mises應力、靜態(tài)剪切應力、和涂層/基體結合界面上的應力分布規(guī)律,在此基礎上提出了描述相對涂層膜厚的無量綱參數,籍此確定一個較佳的涂層厚度范圍,用以指導軸承的涂層設計.主要內容包括:(1)綜合評述了各種主要的滾動軸承疲勞壽命預測模型,

2、通過對各種預測模型的對比分析,闡明了影響軸承壽命的各種因素,歸納評述了表面涂層的摩擦學性能及其在滾動軸承中的應用,并提出了本文研究的內容和目標.(2)對TiN、TiC、Si<,3>N<,4>、SiC四種材料的硬涂層滾子軸承滾道表面下的應力分布進行了模擬分析.研究結果表明,對于TiN材料,當涂層厚度t與赫茲接觸半寬a之比為0.1~0.3時,滾道亞表面的靜態(tài)剪切應力分布對提高軸承疲勞壽命最為有利;涂層厚度較薄時,位于赫茲接觸中心附近的涂層表

3、層內的靜態(tài)剪應力要遠大于基體內的最大靜態(tài)剪應力;涂層材料與基體材料的彈性模量之比越小,對提高涂層軸承的疲勞壽命越有利.(3)分析了TiN、Si<,3>N<,4>材料的雙層涂層與GCr15基體體系中的靜態(tài)剪應力分布.結果表明,將低彈性模量的Si<,3>N<,4>放在表面層時,整個涂層體系的機械力學性能較佳;對于涂層總厚度為0.2a的Si<,3>N<,4>/TiN/基體涂層體系,相對厚度系數α越大,在涂層/基體交界面至表面的區(qū)域內的靜態(tài)剪應

4、力的峰值越大;α對基體內和涂層/涂層交界面上的靜態(tài)剪應力分布沒有顯著影響;涂層/涂層和涂層/基體交界面上的靜態(tài)剪應力分布在沿水平方向偏離接觸中心點約一個橢圓接觸半寬左右的地方出現最大值.(4)在建立名義點接觸問題有限元模型的基礎上,計算了不同涂層厚度下6309深溝球軸承的亞表層應力場,首次提出了一個涂層膜厚的無量綱參數ζ.結果表明,當涂層厚度參數ζ小于0.3時,接觸區(qū)內的Von Mises應力和靜態(tài)剪應力的最大值及其所在深度較之無涂層時

5、無顯著變化;與無涂層的情況不同,涂層體系表面接觸中心處的Von Mises應力不為零;涂層/基體界面上的Von Mises應力的最大值出現在接觸中心處,而靜態(tài)剪應力最大值在偏離接觸中心處出現.(5)針對6309球軸承,詳細地分析了在薄涂層情況下切向摩擦力對滾道亞表層應力場的影響,分析表明,切向摩擦力的作用是使得滾道亞表層內得Von Mises應力、靜態(tài)剪應力沿著摩擦力的方向發(fā)生偏移;當摩擦系數達到0.25時,Von Mises應力和靜態(tài)