滚珠丝杠副接触疲劳行为的研究

发布时间：2017-10-16 09:14

  本文关键词：滚珠丝杠副接触疲劳行为的研究

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【摘要】：当前国产滚珠丝杠副在精度和寿命等性能方面明显落后国外先进制造企业的进口产品。这样的差距导致国内高档滚珠丝杠副产品市场长期被国外企业占领,更严重的是,滚珠丝杠副较差的性能制约了我国装备制造业的发展。因此,研究滚珠丝杠副其接触疲劳行为,提高疲劳寿命成为一项刻不容缓的任务。本文使用Hertz理论对滚珠丝杠副中滚珠与丝杠滚道面的接触应力状态进行了分析。以市场上广泛使用的滚珠丝杠副的结构和尺寸为基础,计算了在额定动载荷下,滚道面受到单个滚珠的载荷以及最大接触应力。并且在现在实验条件下,设计了模拟滚珠丝杠副接触疲劳行为的试验样件。同时,分析了接触疲劳强度准则,预测疲劳裂纹的萌生和扩展位置。使用白光共聚焦光学显微镜对现有滚珠丝杠副的截面切片试样进行了微观组织的观察。使用硬度仪和粗糙度仪分别分析了丝杠显微硬度梯度分布和试样的滚道表面粗糙度。通过不同周次的接触疲劳实验,观察到试样滚道面随着周次数的增加逐渐出现点蚀、微裂纹和剥落的现象。通过对试样轴截面、45°截面以及滚道面上疲劳裂纹萌生位置和扩展角度的观察,并且分析了产生接触疲劳裂纹的主要影响因素,讨论了滚动接触疲劳的机理。由于试验机的可靠性较差和试样设计缺陷,造成了接触疲劳实验过程中主试样非接触区的旋转弯曲疲劳断裂,严重影响实验进度。因此本文对试样疲劳断口进行了电镜观察和失效分析。此外,根据接触疲劳实验机的现有结构进行了改进设计,增加了一套支承加载装置。
【关键词】：滚珠丝杠副 GCr15 疲劳裂纹 接触疲劳试验机 非金属夹杂
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 课题研究的背景和意义9
• 1.2 滚珠丝杠副的应用及研究现状9-12
• 1.2.1 滚珠丝杠副的介绍9-10
• 1.2.2 国内外滚珠丝杠副的发展10-11
• 1.2.3 滚珠丝杠副的用材11
• 1.2.4 滚珠丝杠副的加工工艺11-12
• 1.3 接触疲劳12
• 1.4 接触疲劳试验方法12-14
• 1.5 接触疲劳的失效机理14-18
• 1.5.1 表面裂纹的萌生与扩展14-15
• 1.5.2 次表面裂纹的萌生与扩展15-18
• 1.6 本课题的研究思路和研究内容18-20
• 1.6.1 接触疲劳试样模拟滚珠丝杠副工况18
• 1.6.2 本课题研究内容18-20
• 2. 实验条件和方法20-26
• 2.1 实验材料20
• 2.2 接触疲劳实验20-24
• 2.2.1 接触疲劳试验机20-22
• 2.2.2 接触疲劳试样的结构设计22-23
• 2.2.3 接触疲劳试样的生产工艺23
• 2.2.4 接触疲劳实验方法23-24
• 2.3 显微硬度分析24
• 2.4 表面粗糙度的测量24
• 2.5 微观组织观察24-26
• 3 接触区应力状态的计算26-37
• 3.1 Hertz接触理论26-28
• 3.2 接触区应力分布状态28
• 3.3 滚珠与滚道的接触特性28-29
• 3.4 单个滚珠在滚珠丝杠副中的受力分析29-31
• 3.4.1 滚珠在滚道接触点处曲率和的计算29-30
• 3.4.2 滚珠在滚道接触点处载荷计算30
• 3.4.3 丝杠接触区域的接触应力和变形分析30-31
• 3.5 接触疲劳主试样滚道接触点的受力分析31-32
• 3.5.1 接触疲劳陪试样在主试样滚道接触点的主曲率计算31-32
• 3.5.2 滚动接触疲劳试验施加载荷的选取32
• 3.6 接触疲劳强度准则的讨论32-34
• 3.7 最大静态剪切应力的计算34
• 3.8 最大动态剪切应力的计算34-35
• 3.9 主试样接触区与丝杠滚道接触区的接触特性对比35
• 3.10 本章小结35-37
• 4 接触疲劳微观组织分析37-53
• 4.1 滚珠丝杠的显微硬度分析37-38
• 4.2 滚珠丝杠的显微组织分析38-39
• 4.3 接触疲劳试样的粗糙度分析39-41
• 4.4 宏观疲劳缺陷形貌观察结果41-42
• 4.5 接触疲劳试样轴向截面疲劳裂纹观察分析42-44
• 4.6 接触疲劳试样45°截面疲劳裂纹观察分析44-46
• 4.7 接触疲劳试样表面失效形貌的观察46-47
• 4.8 接触疲劳失效机理分析47-50
• 4.8.1 表面裂纹萌生机理47-49
• 4.8.2 次表面裂纹萌生机理49-50
• 4.9 材料内部缺陷对接触疲劳裂纹萌生的影响50-52
• 4.10 本章小结52-53
• 5 接触疲劳试样断裂的失效分析以及试验机的改进53-59
• 5.1 接触疲劳试样轴肩断口分析53-55
• 5.2 接触疲劳试验机的改进55-59
• 5.2.1 支承系统设计方案的选择55-56
• 5.2.2 双支承轮系统设计56-58
• 5.2.3 支承系统的原理58-59
• 6 结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王倩;丁霞;李保民;朱继生;杜伟;李木森;;进口滚珠丝杠副螺母的质量检验与分析[J];热处理技术与装备;2012年03期

2 黄祖尧;21世纪初海外滚动功能部件发展动态[J];世界制造技术与装备市场;2003年01期

3 肖正义;滚珠丝杠副的发展趋势[J];制造技术与机床;2000年04期

4 黄祖尧;精密高速滚珠丝杠副的发展及其应用[J];制造技术与机床;2002年05期

5 屈岳陵;;高效率的HIWIN SUPER-S高速化滚珠丝杠[J];制造技术与机床;2006年06期

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本文编号：1041836