全陶瓷球轴承油润滑与保持架动态特性研究

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商品详情

出版社

机械工业出版社

ISBN

9787111790242

版次

品牌

机工出版

包装

平装

丛书名

中国机械工程学会高端学术著作出版计划项目,机械工业出版社高水平学术著作出版基金项目,制造业先进技术系列

开本

16开

出版时间

2025-11-01

用纸

胶版纸

页数

220

产品特色

编辑推荐

适读人群：全陶瓷球轴承设计制造的工程技术人员
专著，中国机械工程学会高端学术出版著作出版计划项目，机械工业出版社高水平学术著作出版基金项目，制造业先进技术系列

内容简介

工程陶瓷材料具备很多传统金属材料所不具备的优良物理化学特性，用陶瓷材料制得的轴承具有诸多优异性能且应用前景广阔。本书是作者对多年来从事全陶瓷球轴承关键技术开发与理论分析的系统总结，希望本书能助力解决我国高性能全陶瓷球轴承战略需求的“卡脖子”问题。
本书共10章。第1章为绪论，第2~6章主要讨论全陶瓷球轴承油润滑特性及其影响规律；第7~10章主要讨论低温工况下全陶瓷球轴承保持架设计制造及动态特性。
本书可供从事陶瓷轴承加工，特别是全陶瓷球轴承设计制造工作的工程技术人员参考，也可作为高等院校相关专业本科生、研究生的教学参考用书。

作者简介

吴玉厚，博士，教授，博导。现任发改委国家地方联合工程实验室主任，教育部国际合作联合实验室主任，教育部高等学校机械类专业教学指导委员会副主任，中国工程机械学会监事长。第一完成人获国家科技进步奖二等奖、国家技术发明奖二等奖、中国专利金奖、中国专利优秀奖、国家级教学成果奖二等奖。获国家发明专利53项，出版中、英文专著15部，发表的学术论文被SCI、EI收录327篇。国内最早研制出G3级热压氮化硅陶瓷球、P2级全陶瓷球轴承，主编、发布陶瓷轴承团体标准3项，引领了我国陶瓷轴承研究与应用领域的科技发展。

前言
第1章绪论
1.1陶瓷轴承的概念与优势
1.2陶瓷轴承的发展历程与研究现状
1.2.1陶瓷轴承的发展历程
1.2.2陶瓷轴承的研究现状
1.3球轴承液体润滑理论与研究现状
1.3.1球轴承液体润滑理论
1.3.2陶瓷球轴承润滑研究现状
1.3.3金属球轴承润滑研究现状
1.4保持架研究现状分析
1.4.1保持架材料研究现状
1.4.2保持架动态特性研究现状
1.4.3保持架材料摩擦磨损研究现状
第2章全陶瓷球轴承润滑建模及计算
2.1概述
2.2球轴承几何与力学模型的建立
2.3全陶瓷球轴承弹流润滑数学模型
2.3.1初始油膜厚度
2.3.2润滑条件下的陶瓷滚珠作用力
2.3.3润滑油膜与陶瓷界面传热方程
2.3.4润滑油压力和膜厚方程
2.3.5润滑油黏度/密度方程
2.3.6方程的无量纲形式
2.4计算区域与控制方程离散化
2.4.1计算区域的确定
2.4.2控制方程离散化
2.5数值求解方法
2.5.1非线性问题全近似格式多网格方法
2.5.2多网格方法在润滑问题中的应用
2.6本章小结
第3章全陶瓷球轴承接触区润滑油膜分布规律
3.1概述
3.2全陶瓷球轴承接触区润滑油成膜区域的定义与划分
3.3仿真条件与参数设定
3.3.1仿真与试验用全陶瓷球轴承
3.3.2润滑油属性参数
3.3.3仿真边界条件
3.4全陶瓷球轴承接触区润滑油膜分布规律仿真分析
3.4.1滚珠表面润滑油膜厚度分布规律分析
3.4.2滚珠表面润滑油膜压力分布规律分析
3.4.3接触区油膜厚度与压力分布规律分析
3.5试验装置与条件
3.5.1试验装置简介
3.5.2试验原理与方案
3.6试验结果与分析
3.6.1径向载荷Fr=100N润滑油膜分布规律
3.6.2径向载荷Fr=500N润滑油膜分布规律
3.6.3径向载荷Fr=1000N润滑油膜分布规律
3.7仿真与试验结果对比分析
3.7.1油膜厚度分布规律对比分析
3.7.2油膜厚度数值变化规律对比分析
3.8工况参数对全陶瓷球轴承油膜厚度的影响规律分析
3.8.1变转速条件下润滑油膜分布规律
3.8.2变载荷条件下润滑油膜分布规律
3.8.3全陶瓷球轴承接触区油膜厚度分类
3.9本章小结
第4章弹流润滑下全陶瓷球轴承摩擦与温升特性
4.1概述
4.2全陶瓷球轴承油润滑摩擦生热计算模型
4.2.1全陶瓷球轴承摩擦力矩与生热计算
4.2.2全陶瓷球轴承的对流换热
4.3基于Fluent的全陶瓷球轴承温升仿真分析
4.3.1仿真模型的建立
4.3.2仿真边界条件的设置
4.3.3全陶瓷球轴承流场仿真结果分析
4.3.4全陶瓷球轴承温度场仿真结果分析
4.4油润滑全陶瓷球轴承温升试验研究
4.4.1全陶瓷球轴承外圈温升试验研究
4.4.2外圈温升时域变化规律研究
4.4.3外圈温升仿真与试验对比分析
4.5油润滑条件下全陶瓷球轴承摩擦力矩与表面形貌试验研究
4.5.1工况条件对全陶瓷球轴承摩擦力矩影响规律研究
4.5.2全陶瓷球轴承摩擦力矩时域变化规律研究
4.5.3供油量对全陶瓷球轴承接触区表面形貌影响规律
4.5.4润滑油黏度对全陶瓷球轴承接触区表面形貌影响规律
4.6本章小结
第5章油润滑条件下全陶瓷球轴承振动特性
5.1概述
5.2供油量对全陶瓷球轴承振动影响试验研究
5.2.1试验平台简介
5.2.2试验方案与原理
5.3供油量对全陶瓷球轴承振动影响的结果与分析
5.3.1供油量对全陶瓷球轴承振动速度的影响
5.3.2供油量对全陶瓷球轴承峭度的影响
5.3.3供油量对全陶瓷球轴承中/高频振幅的影响
5.4润滑油黏度对全陶瓷球轴承振动影响试验研究
5.4.1试验方案
5.4.2试验原理与方法
5.5润滑油黏度对全陶瓷球轴承振动影响的结果与分析
5.5.1润滑油黏度对全陶瓷球轴承振动速度的影响
5.5.2润滑油黏度对全陶瓷球轴承峭度的影响
5.5.3润滑油黏度对全陶瓷球轴承中、高频振幅的影响
5.6本章小结
第6章基于振动信号的全陶瓷球轴承油润滑状态识别
6.1概述
6.2变分模态分解基本理论
6.3仿真信号分析
6.3.1间歇性模态混叠
6.3.2相近性模态混叠
6.4VMD重要参数的确定
6.4.1分解层数的确定
6.4.2惩罚因子的选取
6.5VMD在全陶瓷球轴承油润滑状态识别方面的应用
6.6全陶瓷球轴承油润滑识别模型的创建
6.6.1数据来源
6.6.2试验数据的特征提取
6.6.3基于MPGA-SVM的全陶瓷球轴承润滑状态分类
6.7本章小结
第7章全陶瓷球轴承保持架动力学模型
7.1引言
7.2Hertz点接触理论
7.2.1Hertz点接触问题的基本假设
7.2.2点接触问题的基本方程
7.3轴承组件之间的几何关系
7.3.1滚道密合度
7.3.2接触点的主曲率
7.3.3轴承游隙与接触角
7.4全陶瓷球轴承保持架动力学模型建立
7.4.1轴承零件的位移-变形关系
7.4.2陶瓷球与保持架的作用力分析
7.4.3保持架与引导套圈的作用力分析
7.4.4保持架动力学模型的建立与求解
7.5本章小结
第8章全陶瓷球轴承保持架动态特性仿真研究
8.1引言
8.2保持架稳定性判据
8.3不同材料保持架动态特性分析
8.3.1不同材料保持架质心运动分析
8.3.2不同材料保持架受力分析
8.3.3不同材料保持架振动速度分析
8.4负载对全陶瓷球轴承保持架动态特性的影响
8.4.1轴向载荷对保持架动态特性的影响
8.4.2径向载荷对保持架动态特性的影响
8.5重力场对全陶瓷球轴承保持架动态特性的影响
8.5.1重力场对保持架质心轨迹的影响
8.5.2重力场对保持架振动速度的影响
8.6结构参数对全陶瓷球轴承保持架动态特性的影响
8.6.1兜孔间隙对保持架动态特性的影响
8.6.2引导间隙对保持架动态特性的影响
8.7本章小结
第9章全陶瓷球轴承用自润滑保持架设计与制造
9.1引言
9.2低温摩擦磨损试验研究
9.2.1配副材料介绍
9.2.2试验准备及操作
9.2.3试验结果处理与分析
9.3自润滑保持架加工工艺研究
9.3.1端面加工
9.3.2外圆无心磨削加工
9.3.3内外圆粗磨加工
9.3.4兜孔加工
9.3.5内外圆精磨加工
9.4保持架精度检测与装配
9.4.1尺寸精度检测
9.4.2表面质量检测
9.4.3C/C保持架全陶瓷球轴承合套
9.5本章小结
第10章低温工况全陶瓷球轴承保持架动态特性试验研究
10.1引言
10.2低温轴承试验台搭建与模型验证
10.2.1低温轴承试验台搭建
10.2.2模型验证
10.3不同材料保持架全陶瓷球轴承振动特性试验研究
10.3.1轴向载荷对不同材料保持架全陶瓷球轴承振动的影响
10.3.2试验温度对不同材料保持架全陶瓷球轴承振动的影响
10.4低温工况全陶瓷球轴承保持架服役性能试验研究
10.4.1试验方案设计
10.4.2摩擦力矩变化规律
10.4.3振动与温度变化规律
10.4.4试验轴承检测与分析
10.5本章小结
参考文献

前言/序言

前言
性能滚动轴承作为国家工业和国防重大装备的核心基础零部件，是保障主机性能和效率的关键，体现了国家高端制造能力和制造水平，是国民经济和国防安全的重要保障。随着科技的不断进步，滚动轴承的使用环境越来越多样化，如超高速、重载荷、宽温域、腐蚀及强磁性等，对轴承服役性能的要求也越来越苛刻，且要求轴承具有良好的精度保持性、高可靠性及长寿命等，现有的轴承钢种已不能充分满足快速提升的严苛工况条件对轴承材料的要求，使得滚动轴承在极端工况下服役的动态稳定性问题日益突出。以氮化硅为代表的工程陶瓷材料具有很多传统金属材料所不具备的优良物理化学特性，用其制得的轴承具有转速高、刚度大、耐磨损、耐高低温、耐腐蚀、抗磁、电绝缘等特性，在装备制造、航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景，是新材料应用的高科技轴承产品。
本书是作者在相关领域研究成果的总结，同时也参考了相关领域的前沿学术文献，其内容反映了全陶瓷球轴承油润滑特性及其影响规律、自润滑保持架设计制造及动态特性等方面的研究热点、前沿动态和发展方向，也包括该领域的理论基础和技术应用。书中内容分三部分展开：第一部分为绪论，主要介绍全陶瓷球轴承关键技术与性能，及其在液体润滑与自润滑保持架方向上的研究进展；第二部分包含第2~6章，介绍全陶瓷球轴承弹流润滑建模及计算、油膜分布规律、摩擦与温升特性、振动特性及润滑状态识别方法；第三部分包含第7~10章，主要介绍全陶瓷球轴承保持架动力学建模、动态特性仿真、自润滑保持架设计制造及低温工况全陶瓷球轴承保持架动态特性试验。
本书相关研究工作得到了国家自然科学基金项目(59375228、50975182、52405123、U23A20631)、863计划项目(2006AA03Z533)、“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAJ12B07)、国际科技合作重点项目(2008DFA70330)、国家重点新产品计划项目（2005ED65004）、高等学校学科创新引智计划项目(D18017)、教育部长江学者创新团队数控机床电主轴系统项目(IRT1160)以及国防科技创新特区重点探索项目（20-163-00-TS-006-002-11）的支持。
作者在撰写本书的过程中得到了来自清华大学、沈阳建筑大学、美国密歇根大学、罗马尼亚特兰西瓦尼亚大学、新西兰奥克兰大学以及洛阳轴研科技股份有限公司、沈阳机床集团股份有限公司等单位诸多专家和学者的帮助和支持，在此一并表示感谢。
还要特别感谢的是，本书列入了中国机械工程学会高端学术著作出版计划项目，得到了机械工业出版社高水平学术著作出版基金的资助。
由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者提出宝贵意见。
吴玉厚