《超精加工对圆柱滚子表面完整性和疲劳寿命的影响》

技术简介：

圆柱滚子轴承作为旋转支承的重要零部件,在精密机床、风电以及航空航天等领域的需求日益显著。然而,其核心组件圆柱滚子的制造流程最为复杂,全国轴承行业十三五、十四五规划连续指出滚子的加工质量是亟需突破的瓶颈。因此,本文以轴承滚动体圆柱滚子为研究对象,探究滚子制造流程中的终道工序,即超精加工对圆柱滚子表面完整性和疲劳寿命的影响具有重要意义。基于以上目的,本文研究的主要内容和结论如下。(1)采用超景深显微镜和SEM分别观察了磨削加工和超精加工后的圆柱滚子表面,结果表明滚子表面经过磨削加工后会产生10μm左右的变质层;根据X射线衍射和电子背散射衍射分析磨削所产生的变质层存在晶粒细化的现象;通过改变油石压力和油石粒度对磨削后的滚子进行一道超精加工,结果表明当油石压力为0.4MPa时,滚子表面粗糙度为0.025μm,圆度为0.225μm,波纹度为0.34μm,均达到G1标准,但并未将磨削产生的变质层完全去除且滚子的表面轮廓存在明显的不对称性;基于以上问题对超精工艺进行优化,设计两遍超精工艺并在第二遍超精加工前设置调头装置,在不影响表面完整性的情况下解决了超精后滚子存在残留变质层以及表面轮廓不对称的问题。(2)为了探讨滚子变质层对疲劳寿命的影响,设计出四轴同步驱动、电动缸动态加载的滚动接触疲劳试验机。该试验机采用电动机驱动四根主轴的旋转,大大减少了滚子之间的滚滑;另外,基于LabVIEW开发了试验机的测控系统,从转速、温度和振动信号对试验过程进行实时监测,能够有效地预测滚子的疲劳失效。(3)通过试验机对优化超精工艺前后的圆柱滚子进行了疲劳试验,根据温度信号和振动信号,诊断滚子的疲劳寿命。试验结果表明优化超精工艺后的圆柱滚子疲劳寿命大约是优化前的2.5倍,并得出结论,不存在变质层且表面轮廓对称的圆柱滚子其疲劳寿命更长,一定程度上提高了圆柱滚子轴承的使用性能。

研发人员：王寅