摘要
深沟球轴承主要承受径向载荷，摩擦力矩小，结构相对简单，极限转速较高，是应用最广泛的轴承类型之一。沟道作为轴承的工作面，其表面质量将直接影响轴承的工作性能和使用寿命。以往多通过试验法研究磨削工艺参数对深沟球轴承沟道表面质量的影响，但成本较高。鉴于此，本文采用磨削仿真技术开展深沟球轴承磨削工艺参数与加工表面质量的关系研究，并加以试验验证。 首先，在考虑砂轮修整作用的条件下，确定了形状为圆锥体、突出高度服从瑞利分布的砂轮磨粒几何模型，推导了任意磨粒造成的最大未变形切屑厚度，建立了平面磨削粗糙度预测模型，并等效变换后得到了沟道磨削加工表面粗糙度预测模型。计算了典型磨削参数下的沟道表面粗糙度结果，分析了各磨削参数对磨削表面粗糙度的影响。 其次，从沟道磨削温度场和残余应力场两个方面对表面变质层进行了仿真研究。首先确定磨削力，选择合适的热源模型，将其加载至二维套圈有限元模型上，利用ANSYS软件的APDL命令流实现热源的移动，从而进行了热分析，通过沟道表层温度梯度来判断变质层深度。再利用ANSYS软件的热力顺序耦合功能，将热分析转换为结构分析，施加移动磨削力至表面效应单元，从而得到了沟道表层的残余应力分布，作为表面变质层的另一参考指标。各磨削参数与变质层深度和残余应力之间的关系也进行了讨论。 最后，对62208轴承外圈开展了沟道磨削试验，对磨削加工后试样的表面粗糙度和残余应力进行了测量，与仿真结果进行了对比；使用努氏法进行显微硬度梯度测量，间接对磨削力模型及磨削温度场仿真模型进行了验证。结果表明，本文建立的沟道磨削加工表面粗糙度预测模型、温度场和残余应力场仿真模型具有较高的准确度，对磨削表面质量研究具有一定指导意义。 通过本文的研究，得出了沟道磨削参数对磨削加工表面质量的影响规律，掌握了沟道磨削变质层的测量方法，对优化轴承沟道磨削参数具有较强的指导意义。本文的建模方法也可供相近领域的研究进行参考。
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