工業(yè)機器人軸承往往長期處于高速、重載、振動、高溫等惡劣的工況條件,滾動體與軸承套圈滾道的沖擊摩擦容易導(dǎo)致潤滑油膜破損,造成套圈滾道的磨損失效,進而降低整個軸承的使用壽命。表面微結(jié)構(gòu)化作為一種可以有效降低摩擦磨損、改善摩擦副潤滑狀況的方法,一直深受國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。為此,本文提出了軸承套圈滾道表面微結(jié)構(gòu)化改善摩擦磨損性能的方法,開展了強化研磨加工表面微結(jié)構(gòu)成型試驗,研究了不同強化研磨工藝參數(shù)所加工出的表面微結(jié)構(gòu)對潤滑油膜承載能力的影響,分析了表面微結(jié)構(gòu)對軸承溫度的影響,探究了定點區(qū)域內(nèi)表面微結(jié)構(gòu)油膜層對套圈滾道摩擦磨損性能的影響,為強化研磨所加工的表面微結(jié)構(gòu)應(yīng)用于工業(yè)機器人軸承提供理論基礎(chǔ)和工藝指導(dǎo)。為了研究不同強化研磨工藝參數(shù)(研磨時間、噴射壓力)所加工出的表面微結(jié)構(gòu)對潤滑油膜承載能力的影響,先通過逆向設(shè)計完成表面微結(jié)構(gòu)的曲面模型重構(gòu),然后在COMSOL Multiphysics的“薄膜流動,殼”仿真物理場模塊中,利用考慮JFO空化模型的Reynolds方程,仿真求解了不同強化研磨工藝參數(shù)所加工出的表面微結(jié)構(gòu)中單位面積潤滑油膜承載力。求解結(jié)果表明:只通過強化研磨而未進行后續(xù)超精加工的試樣,其表面與滾動體之間的油膜在承載能力方面要弱于未強化研磨試樣表面與滾動體之間油膜的承載能力;通過對強化研磨試樣以及未強化研磨試樣進行5μm超精處理后,部分經(jīng)過強化研磨試樣表面微結(jié)構(gòu)中油膜的承載能力超過了未強化研磨試樣表面微結(jié)構(gòu)中油膜的承載能力。分析表面微結(jié)構(gòu)對軸承溫度的影響時,設(shè)計不同的強化研磨工藝參數(shù)(研磨時間、噴射壓力)對套圈滾道進行強化研磨,采用超精設(shè)備對套圈進一步超精加工,在軸承壽命試驗機上測試軸承的工作溫度。實驗表明:與未強化研磨的軸承套圈相比,部分進行了強化研磨的軸承套圈可以有效地使工作中的軸承溫度增量?更小,結(jié)合軸承摩擦散熱理論分析可知,強化研磨后套圈滾道上的表面微結(jié)構(gòu)影響了潤滑油膜的流變特性,增大了軸承的散熱面積。為了探究定點區(qū)域內(nèi)表面微結(jié)構(gòu)油膜層對套圈滾道摩擦磨損性能的影響,以完成45min溫度測試的軸承套圈為研究對象,以保證強化研磨、超精后的軸承套圈能夠在特定工況條件下正常使用,利用摩擦磨損試驗機研究不同強化研磨工藝下表面微結(jié)構(gòu)對套圈摩擦磨損的影響。研究發(fā)現(xiàn):油潤滑的情況下,與未強化研磨套圈試樣與鋼球?qū)δサ哪Σ料禂?shù)0.0282相比,大部分經(jīng)過強化研磨的套圈滾道試樣表面微結(jié)構(gòu)所存儲的油膜層具有減摩效果;所有經(jīng)過強化研磨套圈試樣的表面硬度均比未經(jīng)過強化研磨套圈試樣的表面硬度更高,所有經(jīng)過強化研磨套圈試樣的磨損量均比未經(jīng)過強化研磨套圈試樣的磨損量更小。
【學(xué)位單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH133.3;TG580.68
【部分圖文】：

研究背景和研究意義 6 月美國提出的“重振制造業(yè)戰(zhàn)略”開始，到 2013 年德國15 年 3 月全國兩會《政府工作報告》上提出的“中國制造業(yè)的宏大計劃中，工業(yè)機器人均扮演著極其重要的作用。減、定位精準、減速比大、體積小的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)當中至關(guān)重要的核心零部件[1-6]。而減速器當中的軸承則直、質(zhì)量和可靠性[7-9]。由此可見，軸承是高性能工業(yè)機器人是直接影響到工業(yè)機器人精度、壽命、速度、承載能力、服標的核心一環(huán)。然而，盡管目前我國已經(jīng)成為一個軸承產(chǎn)量場依然被美國 TIMKEN、瑞典 SKF、日本 NSK 等軸承技術(shù)占，我國每年都需要大量進口工業(yè)機器人軸承、高鐵動車組如下圖 1-1。因此，大力提升我國高端軸承的研發(fā)和制造水

(c) 三角形凹坑 (d) 交叉網(wǎng)狀凹槽圖 1-2 表面微結(jié)構(gòu)形態(tài)特征[14]Fig1-2 Surface microstructure morphological characteristics伴隨著加工設(shè)備精度和性能的提高，以及如今高精度表面形貌檢測設(shè)備的廣泛應(yīng)用，微機械加工在表面微結(jié)構(gòu)加工方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文采用的強化研磨是一種集強化塑性加工和微切削為一體的“強化研磨加工”方法，不同于高能融化去除材料的激光加工和電化學(xué)陽極溶解對材料進行腐蝕的微細電解加工，強化研磨技術(shù)基于材料的機械去除原理，因而能大大提高加工效率，減少環(huán)境污染，具有“節(jié)材、節(jié)能、安全、可靠”等益處。為了研究不同強化研磨工藝參數(shù)下軸承滾道表面的摩擦學(xué)特性，本課題采用有限元的方法研究了強化研磨加工后表面微結(jié)構(gòu)的動壓潤滑性能，通過實驗研究了表面微結(jié)構(gòu)對軸承散熱、軸承套圈摩擦磨損性能的影響，最后從“油膜的承載能力”、“表面微結(jié)構(gòu)對軸承的散熱影響”、“表面微結(jié)構(gòu)對軸承套圈摩擦磨損性能的影響”這三方面得出研究

第二章 強化研磨加工表面微結(jié)構(gòu)成型試驗研究首先設(shè)計好強化研磨加工表面微結(jié)構(gòu)的工藝試驗方案，采用強化承鋼表面進行加工，目的是研究不同噴射壓力、研磨料噴射時間對表的影響，為下一章分析表面微結(jié)構(gòu)對潤滑油膜承載能力的影響提供試化研磨加工表面微結(jié)構(gòu)的原理大學(xué)劉曉初教授在長期基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用研究中提出的金屬材料工技術(shù)，是一種基于復(fù)合加工方法的抗疲勞、抗腐蝕、抗磨損的金屬工技術(shù)，是集強化塑性加工和微切削為一體的“強化研磨加工”方法于單獨噴丸、單獨噴砂、單獨彈性研磨的加工疊加，強化研磨充分考率以及軸承加工的經(jīng)濟性，目的是通過強化研磨加工，使軸承滾道表油的表面微結(jié)構(gòu)，又具有金屬強化層和含殘余應(yīng)力強化層，如下圖 2
【參考文獻】

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本文編號：2853798