工業(yè)機(jī)器人軸承往往長(zhǎng)期處于高速、重載、振動(dòng)、高溫等惡劣的工況條件,滾動(dòng)體與軸承套圈滾道的沖擊摩擦容易導(dǎo)致潤(rùn)滑油膜破損,造成套圈滾道的磨損失效,進(jìn)而降低整個(gè)軸承的使用壽命。表面微結(jié)構(gòu)化作為一種可以有效降低摩擦磨損、改善摩擦副潤(rùn)滑狀況的方法,一直深受?chē)?guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。為此,本文提出了軸承套圈滾道表面微結(jié)構(gòu)化改善摩擦磨損性能的方法,開(kāi)展了強(qiáng)化研磨加工表面微結(jié)構(gòu)成型試驗(yàn),研究了不同強(qiáng)化研磨工藝參數(shù)所加工出的表面微結(jié)構(gòu)對(duì)潤(rùn)滑油膜承載能力的影響,分析了表面微結(jié)構(gòu)對(duì)軸承溫度的影響,探究了定點(diǎn)區(qū)域內(nèi)表面微結(jié)構(gòu)油膜層對(duì)套圈滾道摩擦磨損性能的影響,為強(qiáng)化研磨所加工的表面微結(jié)構(gòu)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人軸承提供理論基礎(chǔ)和工藝指導(dǎo)。為了研究不同強(qiáng)化研磨工藝參數(shù)(研磨時(shí)間、噴射壓力)所加工出的表面微結(jié)構(gòu)對(duì)潤(rùn)滑油膜承載能力的影響,先通過(guò)逆向設(shè)計(jì)完成表面微結(jié)構(gòu)的曲面模型重構(gòu),然后在COMSOL Multiphysics的“薄膜流動(dòng),殼”仿真物理場(chǎng)模塊中,利用考慮JFO空化模型的Reynolds方程,仿真求解了不同強(qiáng)化研磨工藝參數(shù)所加工出的表面微結(jié)構(gòu)中單位面積潤(rùn)滑油膜承載力。求解結(jié)果表明:只通過(guò)強(qiáng)化研磨而未進(jìn)行后續(xù)超精加工的試樣,其表面與滾動(dòng)體之間的油膜在承載能力方面要弱于未強(qiáng)化研磨試樣表面與滾動(dòng)體之間油膜的承載能力;通過(guò)對(duì)強(qiáng)化研磨試樣以及未強(qiáng)化研磨試樣進(jìn)行5μm超精處理后,部分經(jīng)過(guò)強(qiáng)化研磨試樣表面微結(jié)構(gòu)中油膜的承載能力超過(guò)了未強(qiáng)化研磨試樣表面微結(jié)構(gòu)中油膜的承載能力。分析表面微結(jié)構(gòu)對(duì)軸承溫度的影響時(shí),設(shè)計(jì)不同的強(qiáng)化研磨工藝參數(shù)(研磨時(shí)間、噴射壓力)對(duì)套圈滾道進(jìn)行強(qiáng)化研磨,采用超精設(shè)備對(duì)套圈進(jìn)一步超精加工,在軸承壽命試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試軸承的工作溫度。實(shí)驗(yàn)表明:與未強(qiáng)化研磨的軸承套圈相比,部分進(jìn)行了強(qiáng)化研磨的軸承套圈可以有效地使工作中的軸承溫度增量?更小,結(jié)合軸承摩擦散熱理論分析可知,強(qiáng)化研磨后套圈滾道上的表面微結(jié)構(gòu)影響了潤(rùn)滑油膜的流變特性,增大了軸承的散熱面積。為了探究定點(diǎn)區(qū)域內(nèi)表面微結(jié)構(gòu)油膜層對(duì)套圈滾道摩擦磨損性能的影響,以完成45min溫度測(cè)試的軸承套圈為研究對(duì)象,以保證強(qiáng)化研磨、超精后的軸承套圈能夠在特定工況條件下正常使用,利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究不同強(qiáng)化研磨工藝下表面微結(jié)構(gòu)對(duì)套圈摩擦磨損的影響。研究發(fā)現(xiàn):油潤(rùn)滑的情況下,與未強(qiáng)化研磨套圈試樣與鋼球?qū)δサ哪Σ料禂?shù)0.0282相比,大部分經(jīng)過(guò)強(qiáng)化研磨的套圈滾道試樣表面微結(jié)構(gòu)所存儲(chǔ)的油膜層具有減摩效果;所有經(jīng)過(guò)強(qiáng)化研磨套圈試樣的表面硬度均比未經(jīng)過(guò)強(qiáng)化研磨套圈試樣的表面硬度更高,所有經(jīng)過(guò)強(qiáng)化研磨套圈試樣的磨損量均比未經(jīng)過(guò)強(qiáng)化研磨套圈試樣的磨損量更小。
【學(xué)位單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TH133.3;TG580.68
【部分圖文】：

研究背景和研究意義 6 月美國(guó)提出的“重振制造業(yè)戰(zhàn)略”開(kāi)始，到 2013 年德國(guó)15 年 3 月全國(guó)兩會(huì)《政府工作報(bào)告》上提出的“中國(guó)制造業(yè)的宏大計(jì)劃中，工業(yè)機(jī)器人均扮演著極其重要的作用。減、定位精準(zhǔn)、減速比大、體積小的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)當(dāng)中至關(guān)重要的核心零部件[1-6]。而減速器當(dāng)中的軸承則直、質(zhì)量和可靠性[7-9]。由此可見(jiàn)，軸承是高性能工業(yè)機(jī)器人是直接影響到工業(yè)機(jī)器人精度、壽命、速度、承載能力、服標(biāo)的核心一環(huán)。然而，盡管目前我國(guó)已經(jīng)成為一個(gè)軸承產(chǎn)量場(chǎng)依然被美國(guó) TIMKEN、瑞典 SKF、日本 NSK 等軸承技術(shù)占，我國(guó)每年都需要大量進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人軸承、高鐵動(dòng)車(chē)組如下圖 1-1。因此，大力提升我國(guó)高端軸承的研發(fā)和制造水

(c) 三角形凹坑 (d) 交叉網(wǎng)狀凹槽圖 1-2 表面微結(jié)構(gòu)形態(tài)特征[14]Fig1-2 Surface microstructure morphological characteristics伴隨著加工設(shè)備精度和性能的提高，以及如今高精度表面形貌檢測(cè)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，微機(jī)械加工在表面微結(jié)構(gòu)加工方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文采用的強(qiáng)化研磨是一種集強(qiáng)化塑性加工和微切削為一體的“強(qiáng)化研磨加工”方法，不同于高能融化去除材料的激光加工和電化學(xué)陽(yáng)極溶解對(duì)材料進(jìn)行腐蝕的微細(xì)電解加工，強(qiáng)化研磨技術(shù)基于材料的機(jī)械去除原理，因而能大大提高加工效率，減少環(huán)境污染，具有“節(jié)材、節(jié)能、安全、可靠”等益處。為了研究不同強(qiáng)化研磨工藝參數(shù)下軸承滾道表面的摩擦學(xué)特性，本課題采用有限元的方法研究了強(qiáng)化研磨加工后表面微結(jié)構(gòu)的動(dòng)壓潤(rùn)滑性能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了表面微結(jié)構(gòu)對(duì)軸承散熱、軸承套圈摩擦磨損性能的影響，最后從“油膜的承載能力”、“表面微結(jié)構(gòu)對(duì)軸承的散熱影響”、“表面微結(jié)構(gòu)對(duì)軸承套圈摩擦磨損性能的影響”這三方面得出研究

第二章 強(qiáng)化研磨加工表面微結(jié)構(gòu)成型試驗(yàn)研究首先設(shè)計(jì)好強(qiáng)化研磨加工表面微結(jié)構(gòu)的工藝試驗(yàn)方案，采用強(qiáng)化承鋼表面進(jìn)行加工，目的是研究不同噴射壓力、研磨料噴射時(shí)間對(duì)表的影響，為下一章分析表面微結(jié)構(gòu)對(duì)潤(rùn)滑油膜承載能力的影響提供試化研磨加工表面微結(jié)構(gòu)的原理大學(xué)劉曉初教授在長(zhǎng)期基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用研究中提出的金屬材料工技術(shù)，是一種基于復(fù)合加工方法的抗疲勞、抗腐蝕、抗磨損的金屬工技術(shù)，是集強(qiáng)化塑性加工和微切削為一體的“強(qiáng)化研磨加工”方法于單獨(dú)噴丸、單獨(dú)噴砂、單獨(dú)彈性研磨的加工疊加，強(qiáng)化研磨充分考率以及軸承加工的經(jīng)濟(jì)性，目的是通過(guò)強(qiáng)化研磨加工，使軸承滾道表油的表面微結(jié)構(gòu)，又具有金屬?gòu)?qiáng)化層和含殘余應(yīng)力強(qiáng)化層，如下圖 2
【參考文獻(xiàn)】

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