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薄壁柔性轴承是工业机器人中常用的一种轴承,使用过程中经常承受周期性的交变应力,滚子与滚道由于相对滑动而产生摩擦磨损是薄壁柔性轴承主要的失效形式之一。针对这种现状,本文以薄壁柔性轴承为研究对象,以降低轴承磨损为主要研究目的,基于强化研磨-超精加工对轴承套圈滚道表面的强化作用,通过理论分析、仿真建模分析、实验研究三者相结合的方法对强化研磨-超精加工后的薄壁柔性轴承套圈摩擦性能进行了研究。首先对强化研磨-超精加工进行理论分析,建立单个钢珠-研磨粉与工件碰撞的理论模型,得出强化研磨工艺参数、超精量与轴承运转时油膜厚度、压力之间的理论关系。基于Abaqus/Python的二次开发建立强化研磨三维随机碰撞有限元模型,并运用数据筛选的方法对强化后的表面进行的超精处理,最后基于强化研磨-超精仿真计算后的工件表面形貌,采用Fortran进行流体动压润滑数值模拟,得出不同工艺参数下油膜厚度和压力的分布。对薄壁轴承套圈依次进行强化研磨、超精研试验,并对强化研磨-超精处理后的轴承套圈滚道进行表面粗糙度、显微硬度、表面形貌、摩擦磨损等方面的研究。主要结论如下:(1)随强化研磨时间的增加,套圈滚道表面粗糙度先上升再下降随后保持稳定,超精处理可以显著降低粗糙度,超精3s试样表面粗糙度从0.81±0.09μm降至0.29±0.04μm,继续增加超精时间,试样粗糙度在0.28μm上下浮动。(2)随深度的增加,经强化研磨-超精处理的套圈滚道硬度从从780-800HV之间逐渐降低至710.3±1.2HV,随强化研磨时间的增加,表面硬度和硬化层深度也增加,但强化研磨时间超过15min之后,硬化层深度变化则增加不明显,基本保持在90-100μm之间。超精加工会降低滚道硬化层厚度,随超精时间的增加,最终强化研磨形成的硬化层会被超精加工所覆盖。(3)强化研磨-超精处理后的套圈滚道表面还保留有强化研磨加工产生的微凹坑,且随强化研磨时间的增加,残留凹坑的数目先增加后减少,超精处理后表面变得明显平整,但还保留部分凹坑,随超精时间的增加,残留凹坑的数目越来越少,其中超精12s、15s的套圈滚道表面已看不到凹坑的存在。(4)强化研磨-超精加工可以降低轴承滚道表面摩擦系数和磨损量,但在强化研磨时间超过15min之后,滚道表面强化层趋于饱和,摩擦系数和磨损量变化不明显;超精时间在3-9s之间时磨损量达到最低,但进一步提高超精时间,强化研磨产生的利于润滑微织构被逐渐磨除,此时磨损量呈上升趋势,最终微织构被完全磨除时,磨损量趋于稳定。

关键词：强化研磨超精轴承套圈摩擦性能

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