超精研加工对轴承套圈沟形偏差影响的研究

摘要

球轴承套圈沟道的沟形误差会影响沟道与钢球的密合程度，进而影响轴承工作性能，所以需要在沟道加工中严格控制。油石超精研广泛应用于球轴承套圈沟道的精密加工，一般是沟道加工中最后一道去除材料的工序，其主要作用是提高沟道的表面质量。生产中人们认识到该工序会产生破坏前工序磨削沟形的现象，只是由于超精研属于微量加工，其对沟形的影响往往被忽视。在精密轴承加工中，为了更好地控制沟形误差，有必要深入研究超精研对沟形的影响，以便采取有针对性的控制措施。
　　本文基于球轴承套圈沟道超精研加工方式和油石的磨损特性，通过理论分析，探讨了一种原理性沟形误差的形成机制：油石的摆动使得油石的工作形面与沟道表面之间产生干涉，造成油石沿沟道宽度方向对沟道的不均匀研磨，从而改变沟道原来的圆弧形状，形成原理性沟形误差；表面干涉程度越严重，沟形误差越大。通过算例定量分析了油石厚度和沟道宽度对这种表面干涉的影响。讨论了一些工艺参数和因素对这种原理性沟形误差大小的影响：油石的厚度、摆动频率、摆动幅度、硬度及切削能力越大，引起的沟形误差越大；套圈沟道宽度越大，产生的沟形误差越大。
　　在套圈沟道超精研加工中，油石是弹性地压在套圈沟道表面上的，可以自动退让，而且油石对套圈材料的切除能力也远没有砂轮或刀具那么强，因此，理论分析中的干涉并不意味着处于干涉区域的套圈材料被完全切除从而形成沟形偏差。实际套圈表面各点材料被油石切除的多少是不均匀的，依据材料磨损的基本规律，套圈表面材料研磨量的分布与油石工作面和套圈表面接触应力的分布和变化有关，因此接触应力的分布和变化规律可以在一定程度上反映沟形的变化规律。本文基于 ANSYS软件，建立超精研油石和工件套圈的三维有限元模型，求解油石工作面和套圈表面的接触应力分布，并通过分析油石厚度和油石摆动幅度等因素对油石工作面和套圈表面接触应力分布的影响，进一步研究这些因素对沟形偏差的影响。研究结果同样表明，油石的厚度和摆动幅度越大，引起的沟形误差越大。
　　本文的研究成果可以促进人们对超精研影响套圈沟形误差的机理和规律的认识，对精密轴承加工中更好地控制沟形误差有一定指导作用。

目录

第1章 绪论

1.1课题研究的意义

1.2国内外研究动向及进展

1.3本课题的研究内容和方法

1.4本章小结

第2章 超精研加工原理

2.1超精加工方式

2.2超精研运动分析

2.3超精研加工过程分析

2.4主要工艺参数

2.5超精研加工的特点

2.6本章小结

第3章 赫兹接触理论及有限元概述

3.1弹性半平面表面作用有法向负荷问题

3.2 Hertz 问题的基本假设

3.3线接触问题的基本方程

3.4有限元法的基本思想

3.5有限元法分析过程

3.6本章小结

第4章 轴承套圈沟道超精研加工中的一种原理性沟形误差

4.1原理性沟形误差的形成机制

4.2油石工作面与沟道表面的干涉程度分析

4.3影响这种沟形误差的因素的讨论

4.4本章小结

第5章 超精研油石与套圈接触问题的有限元分析

5.1实体模型的建立和单元类型的选择

5.2网格划分和接触对的设置

5.3约束条件和载荷施加

5.4接触分析

5.5讨论

5.6本章小结

第6章 结论

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果