全陶瓷球軸承加工工藝與噪聲特性

目錄
“21世紀先進制造技術叢書”序
前言
第1章 緒論 1
1.1 全陶瓷球軸承簡介 1
1.1.1 全陶瓷球軸承與工程陶瓷 1
1.1.2 氮化硅陶瓷材料 2
1.1.3 全陶瓷球軸承特性 5
1.2 全陶瓷球軸承制造及應用 7
1.2.1 氮化硅陶瓷材料的加工技術 7
1.2.2 全陶瓷球軸承的應用 15
1.3 全陶瓷球軸承用氮化硅磨削技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 15
1.3.1 氮化硅陶瓷磨削技術國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 16
1.3.2 氮化硅陶瓷磨削技術發(fā)展趨勢 18
1.4 全陶瓷球軸承振動與噪聲研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 19
1.4.1 全陶瓷球軸承振動與噪聲研究現(xiàn)狀 19
1.4.2 全陶瓷球軸承振動與噪聲研究發(fā)展趨勢 24
第2章 用于陶瓷軸承的氮化硅的磨削力與表面形貌 27
2.1 概述 27
2.2 工程陶瓷磨削過程有限元仿真分析 27
2.3 有限元模型的建立 28
2.3.1 氮化硅陶瓷材料本構模型 28
2.3.2 金剛石磨粒有限元模型建立 30
2.3.3 仿真邊界條件及相互作用定義 31
2.4 有限元仿真結(jié)果分析 32
2.4.1 磨削力仿真結(jié)果分析 32
2.4.2 表面形貌仿真結(jié)果分析 35
2.5 磨削力的試驗研究 36
2.5.1 試驗裝置與檢測設備 36
2.5.2 磨削力試驗測量結(jié)果與分析 37
2.5.3 試驗和仿真結(jié)果對比分析 40
2.6 表面形貌的試驗研究與分析 41
2.6.1 試驗檢測設備 41
2.6.2 磨削參數(shù)對氮化硅陶瓷表面形貌的影響 42
2.7 本章小結(jié) 45
第3章 用于陶瓷軸承的氮化硅的裂紋擴展與表層損傷 46
3.1 概述 46
3.2 磨削加工裂紋的形成 46
3.2.1 磨粒壓痕效應裂紋 46
3.2.2 不連續(xù)顯微塑變裂紋 47
3.2.3 磨削熱裂紋 48
3.3 氮化硅陶瓷裂紋擴展的試驗研究 48
3.3.1 加工設備與材料 48
3.3.2 裂紋形成及擴展機理的試驗研究 49
3.4 基于UDEC的氮化硅磨削裂紋擴展仿真研究 52
3.4.1 離散元法UDEC數(shù)值模擬 52
3.4.2 基于UDEC的氮化硅損傷模型 53
3.4.3 仿真結(jié)果分析 54
3.4.4 磨粒磨削深度對裂紋擴展影響機理 56
3.4.5 磨粒磨削速度對裂紋擴展影響機理 57
3.5 磨削參數(shù)及裂紋擴展對斷裂應力的影響規(guī)律 58
3.5.1 試驗原理與設備 58
3.5.2 試驗結(jié)果分析 60
3.6 磨削后陶瓷殘余應力的試驗研究 62
3.6.1 殘余應力的測量與分析 63
3.6.2 磨削對殘余應力的影響及其分布規(guī)律研究 65
3.6.3 殘余應力對氮化硅損傷的影響 68
3.7 本章小結(jié) 70
第4章 用于陶瓷軸承的氮化硅的磨削表面質(zhì)量建模與優(yōu)化 72
4.1 概述 72
4.2 磨削表面質(zhì)量及其評價指標 72
4.2.1 表面質(zhì)量與零件的使用性能 72
4.2.2 磨削表面質(zhì)量評價指標 72
4.2.3 磨削表面質(zhì)量的影響因素 73
4.3 算法簡介 74
4.3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法原理 74
4.3.2 PSO算法原理 75
4.3.3 PSO算法改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡 75
4.4 基于PSO-BP的氮化硅表面粗糙度單因素數(shù)值擬合 77
4.4.1 砂輪線速度與表面粗糙度 77
4.4.2 磨削深度與表面粗糙度 78
4.4.3 工件進給速度與表面粗糙度 79
4.5 基于PSO算法的表面粗糙度多元模型優(yōu)化與檢驗 79
4.5.1 模型的假設與求解 79
4.5.2 多元模型驗證 81
4.6 基于PSO-BP的氮化硅磨削表面強度數(shù)值擬合 81
4.6.1 砂輪線速度與斷裂應力 81
4.6.2 磨削深度與斷裂應力 82
4.6.3 工件進給速度與斷裂應力 83
4.7 基于PSO算法的斷裂應力多元模型優(yōu)化與檢驗 83
4.7.1 模型的假設與求解 83
4.7.2 多元模型驗證 85
4.8 基于PSO算法的雙目標優(yōu)化 85
4.9 本章小結(jié) 86
第5章 氮化硅全陶瓷球軸承精密加工與檢測 87
5.1 概述 87
5.2 氮化硅陶瓷軸承外圈精密加工工藝及分析 87
5.3 氮化硅陶瓷軸承外圈端面精密磨削 89
5.3.1 加工設備及卡具 89
5.3.2 端面精磨粗糙度的測量 90
5.3.3 端面精磨表面形貌的測量 92
5.4 氮化硅陶瓷軸承外圈內(nèi)圓精密磨削 94
5.4.1 加工設備及磨具 94
5.4.2 *優(yōu)工藝參數(shù)計算分析 95
5.4.3 內(nèi)圓精磨磨削力的測量與分析 96
5.4.4 內(nèi)圓精磨粗糙度的測量與分析 96
5.4.5 內(nèi)圓精磨圓度的測量與分析 98
5.5 氮化硅陶瓷軸承外圈溝道精密磨削 99
5.5.1 金剛石磨具與卡具 99
5.5.2 精磨加工后溝道粗糙度的檢測與分析 101
5.5.3 精磨加工后溝道圓度的檢測與分析 102
5.6 氮化硅陶瓷軸承外圈溝道超精加工 104
5.6.1 超精加工設備 104
5.6.2 磨具及卡具 104
5.6.3 試驗方案 106
5.6.4 試驗結(jié)果與分析 106
5.7 氮化硅陶瓷球研磨機理 110
5.7.1 陶瓷球研磨成球的過程 110
5.7.2 陶瓷球研磨中運動規(guī)律分析 114
5.7.3 陶瓷球研磨的動力學分析 119
5.7.4 批量加工中陶瓷球坯的直徑一致性 124
5.8 氮化硅陶瓷球研磨材料去除形式及表面缺陷 126
5.8.1 材料去除形式仿真 126
5.8.2 材料去除形式及表面缺陷試驗 134
5.8.3 氮化硅陶瓷球研磨工藝試驗 150
5.9 氮化硅全陶瓷球軸承檢測 164
5.10 本章小結(jié) 166
第6章 全陶瓷球軸承輻射噪聲模型 169
6.1 概述 169
6.2 全陶瓷球軸承組件相互作用分析 169
6.2.1 陶瓷球與套圈的作用分析 169
6.2.2 陶瓷球與保持架的作用分析 175
6.2.3 保持架與套圈的作用分析 176
6.3 全陶瓷球軸承動力學模型 178
6.3.1 陶瓷球的振動微分方程 179
6.3.2 保持架的振動微分方程 182
6.3.3 內(nèi)圈的振動微分方程 183
6.3.4 外圈的振動微分方程 184
6.4 基于多聲源法的全陶瓷球軸承輻射噪聲模型 186
6.4.1 陶瓷球輻射噪聲 186
6.4.2 軸承套圈輻射噪聲 188
6.4.3 保持架輻射噪聲 191
6.4.4 基于多聲源法的輻射噪聲模型 191
6.5 多聲源輻射噪聲模型的驗證 193
6.5.1 全陶瓷球軸承輻射噪聲計算 193
6.5.2 全陶瓷球軸承輻射噪聲測試 194
6.5.3 試驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比分析 195
6.6 本章小結(jié) 196
第7章 全陶瓷球軸承輻射噪聲聲場分布特性研究 198
7.1 概述 198
7.2 聲場的表征 198
7.2.1 聲場的聲壓級 198
7.2.2 聲場的指向性 199
7.2.3 聲場的頻率特性 200
7.3 全陶瓷球軸承輻射噪聲聲壓級分布特性仿真分析 201
7.3.1 圓周方向的聲壓級分布特性仿真分析 202
7.3.2 徑向方向的聲壓級分布特性仿真分析 204
7.3.3 軸向方向的聲壓級分布特性仿真分析 207
7.3.4 全聲場聲壓級分布特性仿真分析 209
7.4 全陶瓷球軸承輻射噪聲聲場頻譜特性仿真分析 212
7.4.1 圓周方向頻率特性仿真分析 212
7.4.2 徑向方向頻率特性仿真分析 214
7.4.3 軸向方向頻率特性仿真分析 216
7.4.4 全聲場頻率特性仿真分析 218
7.5 全陶瓷球軸承輻射噪聲分布特性試驗分析 220
7.5.1 全陶瓷球軸承輻射噪聲測試試驗 220
7.5.2 圓周方向的輻射噪聲試驗結(jié)果分析 223
7.5.3 徑向方向的輻射噪聲試驗結(jié)果分析 227
7.5.4 軸向方向的輻射噪聲試驗結(jié)果分析 231
7.6 本章小結(jié) 235
第8章 服役條件對全陶瓷球軸承輻射噪聲的影響研究 237
8.1 概述 237
8.2 轉(zhuǎn)速對全陶瓷球軸承輻射噪聲的影響分析 237
8.2.1 轉(zhuǎn)速對圓周方向聲場分布影響的仿真分析 238
8.2.2 轉(zhuǎn)速對徑向方向聲場分布影響的仿真分析 241
8.2.3 轉(zhuǎn)速對軸向方向聲場分布影響的仿真分析 244
8.2.4 轉(zhuǎn)速對全陶瓷球軸承聲場分布影響的試驗分析 247
8.3 預緊力對全陶瓷球軸承輻射噪聲的影響分析 252
8.3.1 預緊力對全陶瓷球軸承聲場分布影響的仿真分析 252
8.3.2 預緊力對全陶瓷球軸承聲場分布影響的試驗分析 257
8.4 供油量對全陶瓷球軸承輻射噪聲的影響分析 262
8.4.1 供油量對全陶瓷球軸承聲場分布影響的仿真分析 262
8.4.2 供油量對全陶瓷球軸承聲場分布影響的試驗分析 267
8.5 徑向載荷對全陶瓷球軸承輻射噪聲的影響分析 273
8.5.1 徑向載荷對全陶瓷球軸承聲場分布影響的仿真分析 273
8.5.2 徑向載荷對全陶瓷球軸承聲場分布影響的試驗分析 275
8.6 特殊條件下全陶瓷球軸承輻射噪聲特性分析 277
8.6.1 低速重載對全陶瓷球軸承輻射噪聲影響分析 278
8.6.2 沖擊載荷對全陶瓷球軸承輻射噪聲影響分析 280
8.6.3 無潤滑對全陶瓷球軸承輻射噪聲影響分析 281
8.6.4 環(huán)境溫度對全陶瓷球軸承輻射噪聲影響分析 284
8.7 本章小結(jié) 286
第9章 數(shù)控機床全陶瓷球軸承電主軸輻射噪聲研究 287
9.1 概述 287
9.2 數(shù)控機床全陶瓷球軸承電主軸的裝配與拆卸及噪聲分析 288
9.2.1 數(shù)控機床全陶瓷球軸承電主軸的拆裝工藝 288
9.2.2 超低溫無損傷裝配工藝全陶瓷球軸承電主軸的輻射噪聲分析 290
9.3 數(shù)控機床不同類型軸承電主軸輻射噪聲比較 290
9.3.1 測試電主軸及試驗設備 290
9.3.2 不同類型軸承電主軸輻射噪聲測試試驗方案 291
9.3.3 試驗結(jié)果分析 291
9.4 數(shù)控機床全陶瓷球軸承電主軸磨削加工時的輻射噪聲研究 297
9.4.1 數(shù)控磨床與測試電主軸介紹 297
9.4.2 磨削加工時的噪聲測試試驗方案 298
9.4.3 試驗結(jié)果分析 299
9.5 本章小結(jié) 302
參考文獻 303