圆锥滚子贯穿式超精研研磨特性及运动稳定性研究

摘要

为提高滚子轴承的疲劳寿命和承载能力，消除或减少边缘应力集中，通常采用凸度廓形的滚子。贯穿式超精研是目前主流的滚子凸度加工工艺，也是圆锥滚子加工的最后一道工序，决定着圆锥滚子的最终表面质量。由于相关理论研究不够成熟和系统，特别是缺乏贯穿式超精研材料去除规律和滚子凸度形成机理方面的理论研究，导致目前加工的圆锥滚子凸度形状不理想、凸度值有误差、同批次凸度值不稳定等问题。本文重点分析和研究了圆锥滚子超精研工艺中油石对滚子的研磨特性和滚子运动稳定性问题，主要研究内容和结论如下。
　　1.根据油石和圆锥滚子的运动关系，建立了油石磨粒的磨削轨迹模型；利用MATLAB GUI，设计了模拟界面，对油石磨粒在圆锥滚子表面的研磨轨迹进行了仿真。仿真结果显示磨粒在圆锥滚子表面上的磨削轨迹类似于正弦曲线。圆锥滚子小端的轨迹网格比大端密集。较大的油石振幅和振荡频率都可以提高磨粒轨迹网格的密集度，也可以得到较高的加工效率，在粗超和精超加工阶段应选择不同的油石振幅和振荡频率。
　　2.基于赫兹接触理论，并提出离散化圆锥滚子的研究方法，分析了圆锥滚子和油石的接触状况，得出圆锥滚子表面接触面形状和接触应力分布情况。在此基础上，基于经典研磨模型 Preston方程，建立了圆锥滚子研磨深度计算模型，并对方程中相关参数进行了分析。滚子转速越低，油石振荡频率和油石压力越大，研磨深度则整体越大。存在最佳油石弧形半径，使圆锥滚子中段研磨深度小于两端，有利于滚子凸度的形成。
　　3.研究了导辊对圆锥滚子的摩擦驱动特性。分析了导辊和圆锥滚子之间的接触滑动问题，结果表明导辊和圆锥滚子在接触面上存在弹性滑动和几何滑动。对几何滑动进行了详细分析。在理想状态下纯滚动点在滚子和导辊接触的中段位置；并推导了导辊的理想接触半径。对圆锥滚子贯穿过程中的扭矩进行了研究。研磨力是引起圆锥滚子扭矩发生变化的重要因素。基于接触理论和研磨力理论，建立了油石研磨力计算模型并分析了研磨力的变化趋势。随着圆锥滚子逐渐贯穿油石，滚子扭矩的变化趋势是先逐渐减小，然后保持恒定不变，最后逐渐增大。扭矩不等于零使圆锥滚子自转处于加速或减速的状态，不利于加工。接触滑动和变化的扭矩导致圆锥滚子运动的不稳定性，最终造成圆锥滚子的加工误差。
　　4.进行了圆锥滚子超精加工正交实验，得到圆锥滚子表面质量和超精研工艺参数的关系，对加工滚子粗糙度的影响从大到小依次为油石压力、油石振荡频率、油石振幅和滚子转速。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 圆锥滚子超精研原理和特点

1.3 圆锥滚子超精研的研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 圆锥滚子超精研油石磨粒研磨轨迹

2.1 圆柱滚子超精研油石研磨轨迹

2.2 圆锥滚子超精研油石研磨轨迹建模

2.3 圆锥滚子油石研磨轨迹模拟界面设计

2.4 圆锥滚子油石研磨轨迹模拟与分析

2.5 本章小结

第3章 圆锥滚子超精研油石研磨特性

3.1 油石与圆锥滚子接触状态

3.2 超精研圆锥滚子研磨深度方程

3.3 本章小结

第4章 圆锥滚子运动稳定性分析

4.1 导辊与圆锥滚子之间的弹性滑动

4.2 导辊和圆锥滚子之间的几何滑动

4.3 圆锥滚子的自转扭矩

4.4 本章小结

第5章 圆锥滚子贯穿式超精研加工实验

5.1 实验设备

5.2 实验参数

5.3 实验结果及分析

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果