具有微结构表面的强化研磨轴承套圈摩擦学行为研究

发布时间：2020-10-24 01:01

　　 工业机器人轴承往往长期处于高速、重载、振动、高温等恶劣的工况条件,滚动体与轴承套圈滚道的冲击摩擦容易导致润滑油膜破损,造成套圈滚道的磨损失效,进而降低整个轴承的使用寿命。表面微结构化作为一种可以有效降低摩擦磨损、改善摩擦副润滑状况的方法,一直深受国内外众多学者的关注。为此,本文提出了轴承套圈滚道表面微结构化改善摩擦磨损性能的方法,开展了强化研磨加工表面微结构成型试验,研究了不同强化研磨工艺参数所加工出的表面微结构对润滑油膜承载能力的影响,分析了表面微结构对轴承温度的影响,探究了定点区域内表面微结构油膜层对套圈滚道摩擦磨损性能的影响,为强化研磨所加工的表面微结构应用于工业机器人轴承提供理论基础和工艺指导。为了研究不同强化研磨工艺参数(研磨时间、喷射压力)所加工出的表面微结构对润滑油膜承载能力的影响,先通过逆向设计完成表面微结构的曲面模型重构,然后在COMSOL Multiphysics的“薄膜流动,壳”仿真物理场模块中,利用考虑JFO空化模型的Reynolds方程,仿真求解了不同强化研磨工艺参数所加工出的表面微结构中单位面积润滑油膜承载力。求解结果表明:只通过强化研磨而未进行后续超精加工的试样,其表面与滚动体之间的油膜在承载能力方面要弱于未强化研磨试样表面与滚动体之间油膜的承载能力;通过对强化研磨试样以及未强化研磨试样进行5μm超精处理后,部分经过强化研磨试样表面微结构中油膜的承载能力超过了未强化研磨试样表面微结构中油膜的承载能力。分析表面微结构对轴承温度的影响时,设计不同的强化研磨工艺参数(研磨时间、喷射压力)对套圈滚道进行强化研磨,采用超精设备对套圈进一步超精加工,在轴承寿命试验机上测试轴承的工作温度。实验表明:与未强化研磨的轴承套圈相比,部分进行了强化研磨的轴承套圈可以有效地使工作中的轴承温度增量?更小,结合轴承摩擦散热理论分析可知,强化研磨后套圈滚道上的表面微结构影响了润滑油膜的流变特性,增大了轴承的散热面积。为了探究定点区域内表面微结构油膜层对套圈滚道摩擦磨损性能的影响,以完成45min温度测试的轴承套圈为研究对象,以保证强化研磨、超精后的轴承套圈能够在特定工况条件下正常使用,利用摩擦磨损试验机研究不同强化研磨工艺下表面微结构对套圈摩擦磨损的影响。研究发现:油润滑的情况下,与未强化研磨套圈试样与钢球对磨的摩擦系数0.0282相比,大部分经过强化研磨的套圈滚道试样表面微结构所存储的油膜层具有减摩效果;所有经过强化研磨套圈试样的表面硬度均比未经过强化研磨套圈试样的表面硬度更高,所有经过强化研磨套圈试样的磨损量均比未经过强化研磨套圈试样的磨损量更小。
【学位单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH133.3;TG580.68
【部分图文】：

研究背景和研究意义 6 月美国提出的“重振制造业战略”开始，到 2013 年德国15 年 3 月全国两会《政府工作报告》上提出的“中国制造业的宏大计划中，工业机器人均扮演着极其重要的作用。减、定位精准、减速比大、体积小的优点，被广泛应用于工业当中至关重要的核心零部件[1-6]。而减速器当中的轴承则直、质量和可靠性[7-9]。由此可见，轴承是高性能工业机器人是直接影响到工业机器人精度、寿命、速度、承载能力、服标的核心一环。然而，尽管目前我国已经成为一个轴承产量场依然被美国 TIMKEN、瑞典 SKF、日本 NSK 等轴承技术占，我国每年都需要大量进口工业机器人轴承、高铁动车组如下图 1-1。因此，大力提升我国高端轴承的研发和制造水

(c) 三角形凹坑 (d) 交叉网状凹槽图 1-2 表面微结构形态特征[14]Fig1-2 Surface microstructure morphological characteristics伴随着加工设备精度和性能的提高，以及如今高精度表面形貌检测设备的广泛应用，微机械加工在表面微结构加工方面得到了越来越广泛的应用。本文采用的强化研磨是一种集强化塑性加工和微切削为一体的“强化研磨加工”方法，不同于高能融化去除材料的激光加工和电化学阳极溶解对材料进行腐蚀的微细电解加工，强化研磨技术基于材料的机械去除原理，因而能大大提高加工效率，减少环境污染，具有“节材、节能、安全、可靠”等益处。为了研究不同强化研磨工艺参数下轴承滚道表面的摩擦学特性，本课题采用有限元的方法研究了强化研磨加工后表面微结构的动压润滑性能，通过实验研究了表面微结构对轴承散热、轴承套圈摩擦磨损性能的影响，最后从“油膜的承载能力”、“表面微结构对轴承的散热影响”、“表面微结构对轴承套圈摩擦磨损性能的影响”这三方面得出研究

第二章 强化研磨加工表面微结构成型试验研究首先设计好强化研磨加工表面微结构的工艺试验方案，采用强化承钢表面进行加工，目的是研究不同喷射压力、研磨料喷射时间对表的影响，为下一章分析表面微结构对润滑油膜承载能力的影响提供试化研磨加工表面微结构的原理大学刘晓初教授在长期基础研究和工程应用研究中提出的金属材料工技术，是一种基于复合加工方法的抗疲劳、抗腐蚀、抗磨损的金属工技术，是集强化塑性加工和微切削为一体的“强化研磨加工”方法于单独喷丸、单独喷砂、单独弹性研磨的加工叠加，强化研磨充分考率以及轴承加工的经济性，目的是通过强化研磨加工，使轴承滚道表油的表面微结构，又具有金属强化层和含残余应力强化层，如下图 2
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨洋;段志善;郭宝良;李恒;;振动机械滚动轴承单点点蚀故障动力学研究[J];轴承;2015年05期

2 杨玉虎;朱临宇;陈振宇;沈兆光;;RV减速器扭转刚度特性分析[J];天津大学学报(自然科学与工程技术版);2015年02期

3 刘晓初;黄骏;肖苏华;何铨鹏;萧金瑞;谢碧洪;;喷射时间对GCr15钢轴承套圈表面粗糙度的影响[J];金属热处理;2014年07期

4 王洪涛;朱华;;圆柱形微凹坑排布形式对织构表面摩擦性能的影响[J];摩擦学学报;2014年04期

5 刘晓初;陈志斌;何铨鹏;黄骏;萧金瑞;;强化研磨加工的仿真及试验[J];轴承;2014年07期

6 王东伟;莫继良;王正国;王晓翠;陈光雄;朱旻昊;;沟槽织构化表面影响摩擦振动噪声机理[J];机械工程学报;2013年23期

7 何卫东;陆岩;吴鑫辉;;基于等价模型的RV减速器扭转刚度计算[J];机械传动;2013年09期

8 胡天昌;丁奇;胡丽天;;激光表面织构化对GCr15钢摩擦磨损性能的影响[J];摩擦学学报;2011年05期

9 于海武;袁思欢;孙造;王晓雷;;微凹坑形状对试件表面摩擦特性的影响[J];华南理工大学学报(自然科学版);2011年01期

10 姜亮;马国亮;王晓雷;;PDMS表面织构润滑特性的研究[J];摩擦学学报;2010年03期

相关博士学位论文 前1条

1 李萍;微磨削结构阵列表面特征化评价及其功能特性研究[D];华南理工大学;2015年

相关硕士学位论文 前4条

1 高雄开;冲击滑动条件下激光织构化9Cr18表面的摩擦学行为研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

2 陈姗姗;工业机器人关节用RV减速器运动学分析及关键零部件制造工艺探索[D];宁夏大学;2015年

3 李蒙;中小功率壳固定RV-E型减速器的设计研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

4 刘鸣熙;摆线针轮传动与小型RV二级减速器的研究[D];北京交通大学;2008年

本文编号：2853798