轴承套圈超声滚压强化力学分析与仿真

发布时间：2025-01-10 23:04

　　轴承作为支撑机械设备中旋转体的一种重要基础件零件,其套圈的表层性能是影响轴承运行可靠性和疲劳寿命的关键因素。超声滚压强化技术作为一种新兴的表面强化技术,可有效降低材料表面粗糙度并在表层预置一定深度的残余压应力,对轴承套圈的表面性能强化具有良好的适用性。本文通过理论分析、仿真模拟及正交试验法,对超声滚压强化在应用于轴承套圈时的一系列力学及相互作用关系问题进行研究。以轴承套圈材料42CrMo为研究对象,基于弹塑性力学理论和接触力学原理,宏观上将强化过程视为冲击载荷作用下的弹塑性接触变形行为进行研究,对超声滚压强化过程中滚压球与材料表面接触区的力学特性进行分析。基于赫兹接触理论,给出滚压球单次冲击时弹性变形区应力分布状态。根据材料塑性屈服准则,对进入塑性屈服阶段任一时刻的等效塑性应变进行分析。对超声滚压过程中的运动关系进行分析,结果表明滚压球的空间运动轨迹为螺旋线与正弦曲线的耦合曲线,并得出相应运动控制方程。滚压加工密度与工件转速及进给速度相关,滚压球单次冲击坑面积主要与振幅及静压力有关。滚压球与材料表面的相对滚动降低了接触摩擦力,有助于提高强化后表面质量。建立适用于超声滚压的材料本构模型,利...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-1超声滚压强化装置示意图

一套完整的超声滚压强化系统主要由超声波发生器、换能器、变幅杆、滚压工具头及连接线组成(如图2-1)。超声滚压强化实质是建立在高频振动理论和金属塑性成形技术上的一种加工工艺,集表面光整和表层改性于一体,属于一种新型机械强化工艺。在超声滚压强化回转体工件时,滚压工具头对工件表面施加载....

图2-2超声滚压强化原理图

强化原理示意图如图2-2所示。A段为被强化工件与超声滚压球弹塑性接触前段,接触初期受进给力和工件旋转的周向力影响,接触前端金属被向未强化部分推挤,表面微观凸起被逐渐压入凹坑;B段为弹塑性变形区,经由A段发生“削峰填谷”作用的金属受静压力和超声频冲击影响,产生沿层深方向发生体积压缩....

图2-3固体变形问题随应变率的变化

超声滚压强化过程是静态接触挤压和动态高频振动冲击过程的耦合,强化过程中的弹塑性变形涉及可变形固体力学的内容。一般认为,应变率小于10-5s-1时,变形过程非常缓慢,宏观上呈现出蠕变特性,此时主要问题为应变与时间的对应关系。在应变率处于10-5～10-1s-1之间时,材料的应变状态....

图2-4接触中心单元主应力

滚压球与材料表面的接触为三维体接触,不计接触面前端形变的情况下,接触区微元体应力方向如图2-4所示。由于接触变形量相对于材料本身尺寸很小,且被强化件曲率半径远小于滚压球半径,因此单次冲击过程产生的冲击坑可近似视为刚性球作用于弹性面,接触坑近似视为圆形。则在接触变形区内,根据Her....

本文编号：4025563