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关节轴承是一种球面滑动轴承,其工作球面的摩擦磨损情况直接影响其工作性能。随着计算机仿真技术和摩擦学的发展,轴承CAE技术和虚拟仿真设计技术逐渐成为轴承行业发展的关键技术。然而目前针对关节轴承摩擦磨损性能仿真分析的报道很少,故本文借鉴国内外摩擦学性能仿真分析的研究成果,以织物衬垫自润滑向心关节轴承为主要研究对象,重点对其进行了3-D稳态完全耦合热力分析和磨损仿真分析的研究。本文首先总结了织物衬垫弹性常数的计算方法、热力耦合分析和磨损仿真分析的有限元法;然后基于有限元软件ABAQUS,二次开发用户子程序FRIC,对织物衬垫自润滑向心关节轴承进行了稳态完全耦合热力分析;最后利用销-盘磨损试验测得聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫的磨损率,基于ABAQUS,二次开发用户子程序UMESHMOTION,对销-盘磨损试验和织物衬垫自润滑向心关节轴承进行了磨损仿真分析,并探究了织物衬垫的销-盘平面磨损与关节轴承球面磨损之间的关系及恒定磨损率、变磨损率和摩擦温升对织物衬垫自润滑向心关节轴承磨损仿真分析结果的影响。通过上述内容的研究,主要结论有:(1)采用复合材料微观力学中的弯曲模型可以有效预测织物衬垫的弹性常数;(2)对比仿真分析结果与相应的试验测量值表明,基于ABAQUS,二次开发用户子程序FRIC和UMESHMOTION可实现关节轴承的3-D稳态完全耦合热力分析和磨损仿真分析,从而为关节轴承结构优化设计和性能分析提供了更加完善的仿真方法;(3)对比织物衬垫的销-盘平面磨损和关节轴承球面磨损仿真分析结果,分析了织物衬垫的销-盘平面磨损距离(寿命)与关节轴承球面磨损距离(寿命)之间的关系,对建立织物衬垫平面磨损寿命与关节轴承球面磨损寿命之间的预测模型具有一定的指导意义。磨损率变化和摩擦温升对关节轴承磨损仿真分析结果影响很大,故针对关节轴承的磨损仿真分析需要全面考虑摩擦副材料磨损率的变化规律及关节轴承温度场变化情况。