本文關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承內(nèi)圈滾道磨削殘余應(yīng)力研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：滾動(dòng)軸承是一種關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件,被廣泛應(yīng)用于裝備制造業(yè),直接決定著重大裝備的性能和可靠性。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)在高端滾動(dòng)軸承制造領(lǐng)域仍存在著相當(dāng)大的差距。目前,我國(guó)機(jī)床主軸軸承存在的主要問(wèn)題之一是使用壽命低,滾道接觸疲勞失效是主要失效形式之一。軸承滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)會(huì)對(duì)軸承疲勞壽命產(chǎn)生重大影響。磨削作為軸承套圈加工制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié),會(huì)直接影響軸承滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)。在軸承滾道磨削加工過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生磨削力和磨削熱,磨削力與磨削熱的耦合作用決定著軸承滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)。本文以B7008C軸承內(nèi)圈滾道磨削加工為研究對(duì)象,在定量描述砂輪表面形貌的基礎(chǔ)上,對(duì)磨削力的產(chǎn)生機(jī)制、磨削熱的產(chǎn)生與傳散機(jī)制以及軸承滾道磨削殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了深入研究。本文的主要研究工作歸納如下：(1)利用磨粒形狀、磨粒尺寸、磨粒突起高度和單位面積磨粒數(shù)四個(gè)參數(shù),定量描述了砂輪表面形貌。研究了砂輪磨粒與工件之間的接觸機(jī)理,獲得了砂輪磨粒與工件之間接觸類型的判定條件,對(duì)砂輪磨粒與工件之間的接觸類型進(jìn)行了分析判斷。利用概率統(tǒng)計(jì)方法,推導(dǎo)了磨削弧區(qū)滑擦磨粒、耕犁磨粒以及切削磨粒數(shù)目的計(jì)算公式,計(jì)算了磨削弧區(qū)各類接觸磨粒數(shù)目,研究了磨削工藝參數(shù)對(duì)各類接觸數(shù)目的影響。研究表明,接觸磨粒中,數(shù)目最多的是耕犁磨粒,其次為切削磨粒,滑擦磨粒數(shù)目最少。各類接觸磨粒數(shù)目與概率隨著砂輪速度的減小、工件速度和磨削深度的增大而增大。(2)基于磨粒軌跡分析,劃分磨削弧區(qū)為三個(gè)區(qū)域；基于磨粒接觸分析,建立了單顆磨粒作用力模型；基于磨粒軌跡分析與磨粒接觸分析,建立了磨削力模型。進(jìn)行了9組軸承內(nèi)圈滾道磨削實(shí)驗(yàn),對(duì)磨削力模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,磨削力模型可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)磨削力,磨削力最大誤差和最小誤差分別是10.5%和1.4%。分析了磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削力的影響,結(jié)果表明,增大工件速度和磨削深度,會(huì)導(dǎo)致磨削力以及各磨削力分量增大。增大砂輪速度,導(dǎo)致磨削力以及各磨削力分量減小。磨削力分量中,最大的是耕犁力分量,其次是切削力分量,最小的是滑擦力分量�；亮Ψ至亢透缌Ψ至繉�(duì)磨削力的貢獻(xiàn),隨工件速度和磨削深度的增大而減小,隨砂輪速度的增大而增大,切削力分量對(duì)磨削力的貢獻(xiàn)與之相反。分析了磨削弧區(qū)任意點(diǎn)的熱量分配關(guān)系,不需預(yù)先假設(shè)沿磨削弧總熱源分布形狀及熱量分配比一致,得到了準(zhǔn)確描述磨削弧區(qū)熱源分布的四次函數(shù)熱源。建立了軸承內(nèi)圈滾道磨削溫度場(chǎng)有限元模型,仿真分析了軸承內(nèi)圈滾道磨削溫度場(chǎng),并對(duì)磨削溫度場(chǎng)有限元模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,軸承內(nèi)圈滾道磨削溫度場(chǎng)有限元模型可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)磨削溫度場(chǎng),磨削弧區(qū)最高溫升的最大誤差為14.8%,最小誤差為3.5%。(3)建立了軸承內(nèi)圈滾道磨削殘余應(yīng)力場(chǎng)有限元模型,研究了軸承內(nèi)圈滾道磨削殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理。在法向磨削力的作用下,軸承內(nèi)圈滾道表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。增大接觸應(yīng)力和磨削力比有利于軸承內(nèi)圈滾道表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。在磨削熱的作用下,軸承內(nèi)圈滾道表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。減小熱流密度、增大熱源移動(dòng)速度、增大對(duì)流換熱系數(shù)以及降低磨削液初始溫度,有助于阻礙軸承內(nèi)圈滾道表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。在磨削力與磨削熱的耦合作用下,當(dāng)磨削力起主導(dǎo)作用時(shí),軸承內(nèi)圈滾道表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。與磨削力的作用相比,在磨削力與磨削熱的耦合作用下,軸承內(nèi)圈滾道表面殘余壓應(yīng)力、表層殘余壓應(yīng)力以及殘余壓應(yīng)力層深度都會(huì)減小。當(dāng)磨削熱起主導(dǎo)作用時(shí),軸承內(nèi)圈滾道表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。與磨削熱的作用相比,在磨削力與磨削熱的耦合作用下,軸承內(nèi)圈滾道表面周向殘余拉應(yīng)力、表層周向殘余拉應(yīng)力、周向殘余拉應(yīng)力層深度以及表面切向殘余拉應(yīng)力、近表層切向殘余拉應(yīng)力都會(huì)增大。分析了磨削工藝參數(shù)對(duì)軸承內(nèi)圈滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響規(guī)律,結(jié)果表明,增大砂輪轉(zhuǎn)速與磨削深度,不利于軸承內(nèi)圈滾道表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。相比于砂輪轉(zhuǎn)速與磨削深度,工件轉(zhuǎn)速對(duì)軸承內(nèi)圈滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響較小。分析了冷卻潤(rùn)滑條件對(duì)軸承內(nèi)圈滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響規(guī)律,結(jié)果表明,增大對(duì)流換熱系數(shù)以及降低磨削液初始溫度,有利于軸承內(nèi)圈滾道表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。與對(duì)流換熱系數(shù)相比,磨削液初始溫度對(duì)軸承內(nèi)圈滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響較小。減小磨削力比,會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)圈滾道表層殘余壓應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力層深度增大。(4)實(shí)驗(yàn)研究了低溫氣霧冷卻潤(rùn)滑方法對(duì)軸承內(nèi)圈滾道表層磨削殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響。搭建了低溫氣霧供液系統(tǒng)和軸承內(nèi)圈滾道低溫氣霧冷卻潤(rùn)滑磨削實(shí)驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行了軸承內(nèi)圈滾道低溫氣霧冷卻潤(rùn)滑磨削實(shí)驗(yàn),測(cè)量了磨削力、磨削溫度與軸承內(nèi)圈滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)磨削液流量超過(guò)臨界值后,繼續(xù)增大磨削液流量,切向磨削力不再變化。低溫冷氣流量減小,會(huì)造成切向磨削力增大。使用LB-2000型植物性噴霧式切削油形成的變溫氣霧,可以獲得比濕磨條件下更小的切向磨削力。評(píng)價(jià)了變溫氣霧的冷卻和潤(rùn)滑性能,結(jié)果表明,與濕磨條件下的PC-621F型水溶性半合成切削液相比,合理地調(diào)整供液參數(shù),噴射LB-2000型植物性噴霧式切削油具有更好的潤(rùn)滑性能。實(shí)驗(yàn)研究了冷卻潤(rùn)滑條件對(duì)軸承內(nèi)圈滾道表層磨削殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響,研究表明,低溫氣霧冷卻潤(rùn)滑方法有利于軸承內(nèi)圈滾道磨削加工的表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。
【關(guān)鍵詞】：磨削 軸承內(nèi)圈滾道 殘余應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG580.1;TH133.33
【目錄】：

• 摘要11-13
• Abstract13-17
• 第1章 緒論17-33
• 1.1 課題研究背景及意義17-18
• 1.2 磨削力的研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.1 經(jīng)驗(yàn)公式18
• 1.2.2 基于砂輪表面形貌與磨粒接觸分析的磨削力模型18-22
• 1.3 磨削熱的研究現(xiàn)狀22-28
• 1.3.1 磨削熱源分布模型的研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3.2 熱量分配比的研究現(xiàn)狀24-26
• 1.3.3 磨削溫度場(chǎng)的研究現(xiàn)狀26-28
• 1.4 磨削殘余應(yīng)力場(chǎng)的研究現(xiàn)狀28-31
• 1.4.1 磨削殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理28
• 1.4.2 磨削殘余應(yīng)力場(chǎng)的研究現(xiàn)狀28-31
• 1.4.3 磨削液對(duì)磨削殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響31
• 1.5 本文的主要研究工作31-33
• 第2章 磨削加工砂輪磨粒與工件接觸分析33-43
• 2.1 引言33
• 2.2 砂輪表面形貌描述33-36
• 2.3 磨粒臨界切入深度36-37
• 2.4 最大未變形切屑厚度37-38
• 2.5 各類接觸磨粒數(shù)目的概率統(tǒng)計(jì)38-41
• 2.5.1 各類接觸磨粒數(shù)目38-39
• 2.5.2 磨削工藝參數(shù)對(duì)各類接觸磨粒數(shù)目的影響39-41
• 2.6 本章小結(jié)41-43
• 第3章 軸承內(nèi)圈滾道磨削力與磨削弧區(qū)熱源分布研究43-75
• 3.1 引言43
• 3.2 磨削接觸弧長(zhǎng)43-44
• 3.3 磨粒軌跡分析44-46
• 3.4 單顆磨粒接觸作用力46-49
• 3.4.1 單顆滑擦磨粒作用力46-47
• 3.4.2 單顆耕犁磨粒作用力47-48
• 3.4.3 單顆切削磨粒作用力48-49
• 3.5 磨削力模型49-56
• 3.5.1 磨削力模型的建立49-51
• 3.5.2 磨削力模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證51-54
• 3.5.3 磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削力的影響54-56
• 3.6 磨削弧區(qū)熱源分布研究56-63
• 3.6.1 磨削弧區(qū)熱源分布研究56-58
• 3.6.2 磨削溫度場(chǎng)有限元模擬58-60
• 3.6.3 磨削溫度場(chǎng)有限元模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證60-63
• 3.7 軸承內(nèi)圈滾道磨削力與磨削溫度場(chǎng)研究63-73
• 3.7.1 軸承內(nèi)圈滾道磨削參數(shù)的等價(jià)轉(zhuǎn)化63-65
• 3.7.2 軸承內(nèi)圈滾道磨削力與熱源分布研究65-67
• 3.7.3 軸承內(nèi)圈滾道磨削溫度場(chǎng)研究67-73
• 3.8 本章小結(jié)73-75
• 第4章 軸承內(nèi)圈滾道磨削殘余應(yīng)力場(chǎng)研究75-103
• 4.1 引言75
• 4.2 軸承內(nèi)圈滾道磨削殘余應(yīng)力場(chǎng)有限元模型75-78
• 4.2.1 幾何建模及網(wǎng)格劃分75
• 4.2.2 材料性能75-76
• 4.2.3 邊界條件76-78
• 4.3 軸承內(nèi)圈滾道磨削表面殘余應(yīng)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)78-81
• 4.4 磨削力導(dǎo)致的殘余應(yīng)力場(chǎng)81-86
• 4.4.1 軸承內(nèi)圈滾道表層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理81-84
• 4.4.2 接觸應(yīng)力大小對(duì)滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響84
• 4.4.3 磨削力比對(duì)滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響84-85
• 4.4.4 接觸應(yīng)力移動(dòng)速度對(duì)滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響85-86
• 4.5 磨削熱導(dǎo)致的殘余應(yīng)力場(chǎng)86-92
• 4.5.1 軸承內(nèi)圈滾道表層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理86-88
• 4.5.2 熱流密度大小對(duì)滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響88-89
• 4.5.3 熱源移動(dòng)速度對(duì)滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響89-90
• 4.5.4 冷卻條件對(duì)滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響90-92
• 4.6 磨削力與磨削熱耦合作用的殘余應(yīng)力場(chǎng)92-101
• 4.6.1 軸承內(nèi)圈滾道表層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理92-95
• 4.6.2 磨削工藝參數(shù)對(duì)滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響95-98
• 4.6.3 冷卻潤(rùn)滑條件對(duì)滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響98-101
• 4.7 本章小結(jié)101-103
• 第5章 軸承內(nèi)圈滾道低溫氣霧冷卻潤(rùn)滑磨削實(shí)驗(yàn)研究103-119
• 5.1 引言103
• 5.2 軸承內(nèi)圈滾道低溫氣霧冷卻潤(rùn)滑磨削實(shí)驗(yàn)臺(tái)103-109
• 5.2.1 低溫氣霧供液系統(tǒng)104-107
• 5.2.2 磨削力與磨削溫度測(cè)量方案107-109
• 5.3 低溫氣霧供液參數(shù)的測(cè)定109-111
• 5.4 軸承內(nèi)圈滾道表層殘余應(yīng)力分布測(cè)量方案111-113
• 5.5 軸承內(nèi)圈滾道低溫氣霧冷卻潤(rùn)滑磨削實(shí)驗(yàn)113-115
• 5.6 磨削實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析115-118
• 5.6.1 低溫氣霧潤(rùn)滑性能研究115-116
• 5.6.2 低溫氣霧冷卻性能研究116-117
• 5.6.3 冷卻潤(rùn)滑條件對(duì)滾道表層殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響117-118
• 5.7 本章小結(jié)118-119
• 總結(jié)與展望119-123
• 參考文獻(xiàn)123-135
• 致謝135-137
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文、參與課題及獎(jiǎng)勵(lì)情況137-138
• 附錄138-156
• 附件156

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承內(nèi)圈滾道磨削殘余應(yīng)力研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：353277