本文關鍵詞：滾動軸承內圈滾道磨削殘余應力研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：滾動軸承是一種關鍵基礎零部件,被廣泛應用于裝備制造業(yè),直接決定著重大裝備的性能和可靠性。與發(fā)達國家相比,我國在高端滾動軸承制造領域仍存在著相當大的差距。目前,我國機床主軸軸承存在的主要問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力分布狀態(tài)會對軸承疲勞壽命產生重大影響。磨削作為軸承套圈加工制造的關鍵環(huán)節(jié),會直接影響軸承滾道表層殘余應力分布狀態(tài)。在軸承滾道磨削加工過程中,會產生磨削力和磨削熱,磨削力與磨削熱的耦合作用決定著軸承滾道表層殘余應力分布狀態(tài)。本文以B7008C軸承內圈滾道磨削加工為研究對象,在定量描述砂輪表面形貌的基礎上,對磨削力的產生機制、磨削熱的產生與傳散機制以及軸承滾道磨削殘余應力的產生機理進行了深入研究。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四個參數,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理,獲得了砂輪磨粒與工件之間接觸類型的判定條件,對砂輪磨粒與工件之間的接觸類型進行了分析判斷。利用概率統(tǒng)計方法,推導了磨削弧區(qū)滑擦磨粒、耕犁磨粒以及切削磨粒數目的計算公式,計算了磨削弧區(qū)各類接觸磨粒數目,研究了磨削工藝參數對各類接觸數目的影響。研究表明,接觸磨粒中,數目最多的是耕犁磨粒,其次為切削磨粒,滑擦磨粒數目最少。各類接觸磨粒數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。進行了9組軸承內圈滾道磨削實驗,對磨削力模型進行了實驗驗證。實驗結果表明,磨削力模型可以準確地預測磨削力,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對磨削力的影響,結果表明,增大工件速度和磨削深度,會導致磨削力以及各磨削力分量增大。增大砂輪速度,導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δハ髁Φ呢暙I,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,切削力分量對磨削力的貢獻與之相反。分析了磨削弧區(qū)任意點的熱量分配關系,不需預先假設沿磨削弧總熱源分布形狀及熱量分配比一致,得到了準確描述磨削弧區(qū)熱源分布的四次函數熱源。建立了軸承內圈滾道磨削溫度場有限元模型,仿真分析了軸承內圈滾道磨削溫度場,并對磨削溫度場有限元模型進行了實驗驗證。實驗結果表明,軸承內圈滾道磨削溫度場有限元模型可以準確地預測磨削溫度場,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)建立了軸承內圈滾道磨削殘余應力場有限元模型,研究了軸承內圈滾道磨削殘余應力的產生機理。在法向磨削力的作用下,軸承內圈滾道表層產生殘余壓應力。增大接觸應力和磨削力比有利于軸承內圈滾道表層產生殘余壓應力。在磨削熱的作用下,軸承內圈滾道表層產生殘余拉應力。減小熱流密度、增大熱源移動速度、增大對流換熱系數以及降低磨削液初始溫度,有助于阻礙軸承內圈滾道表層產生殘余拉應力。在磨削力與磨削熱的耦合作用下,當磨削力起主導作用時,軸承內圈滾道表層產生殘余壓應力。與磨削力的作用相比,在磨削力與磨削熱的耦合作用下,軸承內圈滾道表面殘余壓應力、表層殘余壓應力以及殘余壓應力層深度都會減小。當磨削熱起主導作用時,軸承內圈滾道表層產生殘余拉應力。與磨削熱的作用相比,在磨削力與磨削熱的耦合作用下,軸承內圈滾道表面周向殘余拉應力、表層周向殘余拉應力、周向殘余拉應力層深度以及表面切向殘余拉應力、近表層切向殘余拉應力都會增大。分析了磨削工藝參數對軸承內圈滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響規(guī)律,結果表明,增大砂輪轉速與磨削深度,不利于軸承內圈滾道表層產生殘余壓應力。相比于砂輪轉速與磨削深度,工件轉速對軸承內圈滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響較小。分析了冷卻潤滑條件對軸承內圈滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響規(guī)律,結果表明,增大對流換熱系數以及降低磨削液初始溫度,有利于軸承內圈滾道表層產生殘余壓應力。與對流換熱系數相比,磨削液初始溫度對軸承內圈滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響較小。減小磨削力比,會導致軸承內圈滾道表層殘余壓應力和殘余壓應力層深度增大。(4)實驗研究了低溫氣霧冷卻潤滑方法對軸承內圈滾道表層磨削殘余應力分布狀態(tài)的影響。搭建了低溫氣霧供液系統(tǒng)和軸承內圈滾道低溫氣霧冷卻潤滑磨削實驗臺,進行了軸承內圈滾道低溫氣霧冷卻潤滑磨削實驗,測量了磨削力、磨削溫度與軸承內圈滾道表層殘余應力分布狀態(tài)。實驗結果表明,當磨削液流量超過臨界值后,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。評價了變溫氣霧的冷卻和潤滑性能,結果表明,與濕磨條件下的PC-621F型水溶性半合成切削液相比,合理地調整供液參數,噴射LB-2000型植物性噴霧式切削油具有更好的潤滑性能。實驗研究了冷卻潤滑條件對軸承內圈滾道表層磨削殘余應力分布狀態(tài)的影響,研究表明,低溫氣霧冷卻潤滑方法有利于軸承內圈滾道磨削加工的表層產生殘余壓應力。
【關鍵詞】：磨削 軸承內圈滾道 殘余應力
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 經驗公式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 磨削溫度場的研究現(xiàn)狀26-28
• 1.4 磨削殘余應力場的研究現(xiàn)狀28-31
• 1.4.1 磨削殘余應力的產生機理28
• 1.4.2 磨削殘余應力場的研究現(xiàn)狀28-31
• 1.4.3 磨削液對磨削殘余應力場的影響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 各類接觸磨粒數目的概率統(tǒng)計38-41
• 2.5.1 各類接觸磨粒數目38-39
• 2.5.2 磨削工藝參數對各類接觸磨粒數目的影響39-41
• 2.6 本章小結41-43
• 第3章 軸承內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 磨削力模型的實驗驗證51-54
• 3.5.3 磨削工藝參數對磨削力的影響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 磨削溫度場有限元模擬58-60
• 3.6.3 磨削溫度場有限元模型的實驗驗證60-63
• 3.7 軸承內圈滾道磨削力與磨削溫度場研究63-73
• 3.7.1 軸承內圈滾道磨削參數的等價轉化63-65
• 3.7.2 軸承內圈滾道磨削力與熱源分布研究65-67
• 3.7.3 軸承內圈滾道磨削溫度場研究67-73
• 3.8 本章小結73-75
• 第4章 軸承內圈滾道磨削殘余應力場研究75-103
• 4.1 引言75
• 4.2 軸承內圈滾道磨削殘余應力場有限元模型75-78
• 4.2.1 幾何建模及網格劃分75
• 4.2.2 材料性能75-76
• 4.2.3 邊界條件76-78
• 4.3 軸承內圈滾道磨削表面殘余應力測量實驗78-81
• 4.4 磨削力導致的殘余應力場81-86
• 4.4.1 軸承內圈滾道表層殘余應力的產生機理81-84
• 4.4.2 接觸應力大小對滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響84
• 4.4.3 磨削力比對滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響84-85
• 4.4.4 接觸應力移動速度對滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響85-86
• 4.5 磨削熱導致的殘余應力場86-92
• 4.5.1 軸承內圈滾道表層殘余應力的產生機理86-88
• 4.5.2 熱流密度大小對滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響88-89
• 4.5.3 熱源移動速度對滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響89-90
• 4.5.4 冷卻條件對滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響90-92
• 4.6 磨削力與磨削熱耦合作用的殘余應力場92-101
• 4.6.1 軸承內圈滾道表層殘余應力的產生機理92-95
• 4.6.2 磨削工藝參數對滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響95-98
• 4.6.3 冷卻潤滑條件對滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響98-101
• 4.7 本章小結101-103
• 第5章 軸承內圈滾道低溫氣霧冷卻潤滑磨削實驗研究103-119
• 5.1 引言103
• 5.2 軸承內圈滾道低溫氣霧冷卻潤滑磨削實驗臺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量方案107-109
• 5.3 低溫氣霧供液參數的測定109-111
• 5.4 軸承內圈滾道表層殘余應力分布測量方案111-113
• 5.5 軸承內圈滾道低溫氣霧冷卻潤滑磨削實驗113-115
• 5.6 磨削實驗結果及分析115-118
• 5.6.1 低溫氣霧潤滑性能研究115-116
• 5.6.2 低溫氣霧冷卻性能研究116-117
• 5.6.3 冷卻潤滑條件對滾道表層殘余應力分布狀態(tài)的影響117-118
• 5.7 本章小結118-119
• 總結與展望119-123
• 參考文獻123-135
• 致謝135-137
• 攻讀學位期間發(fā)表論文、參與課題及獎勵情況137-138
• 附錄138-156
• 附件156

【參考文獻】

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本文編號：353277