激光喷丸强化GCr15轴承内圈应力与疲劳性能研究

作     者：胡振耀 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周建忠

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：激光喷丸 轴承内圈 数值模拟 残余应力 疲劳寿命 

摘      要：作为谐波减速器的关键零部件,柔性轴承在服役过程中承受交变循环载荷,轴承内圈极易产生疲劳失效,影响谐波减速器的使用寿命。作为一种新型表面强化技术,激光喷丸技术通过在零件表层诱导产生高幅值残余压应力,可有效抑制零件疲劳裂纹的萌生,减缓疲劳裂纹的扩展速率,从而提高零件的疲劳寿命。本文以GCr15钢制柔性轴承内圈为研究对象,通过有限元仿真和试验研究轴承内圈的载荷分布规律、激光喷丸工艺过程及其对轴承内圈表面残余应力、显微硬度、耐磨性和接触疲劳寿命的影响规律,揭示激光喷丸轴承内圈的延寿机制。主要内容如下:（1）分析归纳了激光喷丸诱导的冲击波峰值压力及其残余压应力的变化规律,结合轴承内圈GCr15轴承钢的屈服强度和雨贡纽弹性极限,优选了冲击波压力加载范围及其对应激光能量阈值;基于金属材料塑性变形和疲劳损伤等相关理论,从残余压应力形成和表面组织晶粒细化等角度,讨论了激光喷丸诱导的应力强化和组织强化改善轴承疲劳寿命的机理。（2）利用ABAQUS有限元软件先建立柔性轴承有限元模型,研究柔性轴承在装配过程和转动过程中零部件的载荷分布情况;再根据激光喷丸作用原理建立轴承内圈激光喷丸强化的分析模型,研究不同激光喷丸路径、冲击波压力和喷丸次数对轴承内圈残余应力场的影响规律;将激光喷丸后应力/应变结果作为预应力场,分析残余应力场对轴承内圈各阶段应力场的影响,并采用n Code疲劳软件预测激光喷丸强化轴承内圈的疲劳寿命,分析激光参数对疲劳寿命的影响规律。（3）开展激光喷丸强化试验,研究工艺参数（激光能量、喷丸次数等）对轴承内圈表面性能的影响,包括残余应力场、显微硬度和摩擦磨损性能等,揭示工艺参数与表面性能的关联规律。同时,开展柔性轴承疲劳寿命试验,分析激光喷丸表面性能对轴承内圈疲劳寿命的影响规律,阐述激光喷丸轴承内圈的疲劳延寿机理。