摘要
圆锥滚子轴承作为一种应用于旋转机械的核心零部件，其质量直接影响机械的可靠性及安全性。因此，改善加工制造过程的工艺参数，提升圆锥滚子轴承的使用性能是研究人员急需解决的问题。滚道作为圆锥滚子轴承的工作界面，其表面质量直接影响轴承的工作性能和使用寿命。鉴于轴承滚道的表面粗糙度及变质层组织特性是衡量轴承滚道表面质量的重要参数，因此，本文以TR0708型号圆锥滚子轴承外圈内滚道为加工对象，对轴承滚道磨削试验、表面粗糙度预测及温度场仿真建模开展一系列研究工作，深入探究砂轮线速度、工件转速和磨削深度等参数对表面粗糙度及温度场的影响规律，预测高砂轮线速度下的表面粗糙度，以及综合考虑表面粗糙度及暗层厚度等因素规划磨削加工工艺。研究结果可以为轴承滚道的加工过程分析提供一定的指导意义。 本文的主要研究工作归纳如下: (1)为探究砂轮线速度、工件转速和磨削深度分别对滚道磨削表面粗糙度和暗层厚度的影响规律，设计了基于单因素法的圆锥滚子轴承外圈内滚道的磨削试验方案。针对表面粗糙度设计了三水平三因素的正交试验方案并根据试验结果分析了加工参数对表面粗糙度的正负效应和主次排序，确定了最优加工参数组合。试验结果为探索最佳加工参数、验证表面粗糙度预测模型和温度场仿真模型提供了试验基础。 (2)在定义砂轮表面形貌的基础上，引入砂轮的当量直径，建立了滚道磨削与平面磨削之间的映射关系。结合砂轮磨粒的运动学模型，构建了圆锥滚子轴承外圈内滚道表面粗糙度预测模型，对磨削加工过程进行了数值分析，以获得不同加工参数下的工件表面形貌及表面粗糙度，并通过对比磨削加工试验结果验证模型的准确性。基于建立的轴承滚道表面粗糙度预测模型，预测了高砂轮线速度下的表面粗糙度，为提升表面质量提供理论指导。 (3)为获得轴承滚道磨削温度场分布，本文首先基于磨粒与工件间的微观作用，依次计算出磨削滚道时的磨削力、总热流密度及传入工件的热流密度。其次，设置有限元模型的材料属性、网格划分及初始和边界条件等参数，加载热源分布模型，以获得圆锥滚子轴承外圈内滚道表面得到温度场仿真模型。然后，根据仿真得到的结果对轴承滚道的暗层厚度进行分析，并通过磨削加工试验验证了模型准确性。最后，结合表面粗糙度预测模型，对圆锥滚子轴承外圈内滚道的磨削加工参数进行规划，确保轴承滚道表面质量的同时，提高了加工效率。
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