目錄
“21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)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(yīng)用 7
1.2.1 氮化硅陶瓷材料的加工技術(shù) 7
1.2.2 全陶瓷球軸承的應(yīng)用 15
1.3 全陶瓷球軸承用氮化硅磨削技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 15
1.3.1 氮化硅陶瓷磨削技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 16
1.3.2 氮化硅陶瓷磨削技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 18
1.4 全陶瓷球軸承振動(dòng)與噪聲研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 19
1.4.1 全陶瓷球軸承振動(dòng)與噪聲研究現(xiàn)狀 19
1.4.2 全陶瓷球軸承振動(dòng)與噪聲研究發(fā)展趨勢(shì) 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(gòu)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(yàn)研究 36
2.5.1 試驗(yàn)裝置與檢測(cè)設(shè)備 36
2.5.2 磨削力試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與分析 37
2.5.3 試驗(yàn)和仿真結(jié)果對(duì)比分析 40
2.6 表面形貌的試驗(yàn)研究與分析 41
2.6.1 試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備 41
2.6.2 磨削參數(shù)對(duì)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(kuò)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(yīng)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(kuò)展的試驗(yàn)研究 48
3.3.1 加工設(shè)備與材料 48
3.3.2 裂紋形成及擴(kuò)展機(jī)理的試驗(yàn)研究 49
3.4 基于UDEC的氮化硅磨削裂紋擴(kuò)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(duì)裂紋擴(kuò)展影響機(jī)理 56
3.4.5 磨粒磨削速度對(duì)裂紋擴(kuò)展影響機(jī)理 57
3.5 磨削參數(shù)及裂紋擴(kuò)展對(duì)斷裂應(yīng)力的影響規(guī)律 58
3.5.1 試驗(yàn)原理與設(shè)備 58
3.5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析 60
3.6 磨削后陶瓷殘余應(yīng)力的試驗(yàn)研究 62
3.6.1 殘余應(yīng)力的測(cè)量與分析 63
3.6.2 磨削對(duì)殘余應(yīng)力的影響及其分布規(guī)律研究 65
3.6.3 殘余應(yīng)力對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo) 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(píng)價(jià)指標(biāo) 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(luò)算法原理 74
4.3.2 PSO算法原理 75
4.3.3 PSO算法改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 75
4.4 基于PSO-BP的氮化硅表面粗糙度單因素?cái)?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(jìn)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(yàn) 79
4.5.1 模型的假設(shè)與求解 79
4.5.2 多元模型驗(yàn)證 81
4.6 基于PSO-BP的氮化硅磨削表面強(qiáng)度數(shù)值擬合 81
4.6.1 砂輪線速度與斷裂應(yīng)力 81
4.6.2 磨削深度與斷裂應(yīng)力 82
4.6.3 工件進(jìn)給速度與斷裂應(yīng)力 83
4.7 基于PSO算法的斷裂應(yīng)力多元模型優(yōu)化與檢驗(yàn) 83
4.7.1 模型的假設(shè)與求解 83
4.7.2 多元模型驗(yàn)證 85
4.8 基于PSO算法的雙目標(biāo)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(cè) 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(shè)備及卡具 89
5.3.2 端面精磨粗糙度的測(cè)量 90
5.3.3 端面精磨表面形貌的測(cè)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(shè)備及磨具 94
5.4.2 工藝參數(shù)計(jì)算分析 95
5.4.3 內(nèi)圓精磨磨削力的測(cè)量與分析 96
5.4.4 內(nèi)圓精磨粗糙度的測(cè)量與分析 96
5.4.5 內(nèi)圓精磨圓度的測(cè)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(cè)與分析 101
5.5.3 精磨加工后溝道圓度的檢測(cè)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(shè)備 104
5.6.2 磨具及卡具 104
5.6.3 試驗(yàn)方案 106
5.6.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析 106
5.7 氮化硅陶瓷球研磨機(jī)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(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 114
5.7.3 陶瓷球研磨的動(dòng)力學(xué)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(yàn) 134
5.8.3 氮化硅陶瓷球研磨工藝試驗(yàn) 150
5.9 氮化硅全陶瓷球軸承檢測(cè) 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(dòng)力學(xué)模型 178
6.3.1 陶瓷球的振動(dòng)微分方程 179
6.3.2 保持架的振動(dòng)微分方程 182
6.3.3 內(nèi)圈的振動(dòng)微分方程 183
6.3.4 外圈的振動(dòng)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(yàn)證 193
6.5.1 全陶瓷球軸承輻射噪聲計(jì)算 193
6.5.2 全陶瓷球軸承輻射噪聲測(cè)試 194
6.5.3 試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)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(chǎng)分布特性研究 198
7.1 概述 198
7.2 聲場(chǎng)的表征 198
7.2.1 聲場(chǎng)的聲壓級(jí) 198
7.2.2 聲場(chǎng)的指向性 199
7.2.3 聲場(chǎng)的頻率特性 200
7.3 全陶瓷球軸承輻射噪聲聲壓級(jí)分布特性仿真分析 201
7.3.1 圓周方向的聲壓級(jí)分布特性仿真分析 202
7.3.2 徑向方向的聲壓級(jí)分布特性仿真分析 204
7.3.3 軸向方向的聲壓級(jí)分布特性仿真分析 207
7.3.4 全聲場(chǎng)聲壓級(jí)分布特性仿真分析 209
7.4 全陶瓷球軸承輻射噪聲聲場(chǎng)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(chǎng)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(yàn)分析 220
7.5.1 全陶瓷球軸承輻射噪聲測(cè)試試驗(yàn) 220
7.5.2 圓周方向的輻射噪聲試驗(yàn)結(jié)果分析 223
7.5.3 徑向方向的輻射噪聲試驗(yàn)結(jié)果分析 227
7.5.4 軸向方向的輻射噪聲試驗(yàn)結(jié)果分析 231
7.6 本章小結(jié) 235
第8章 服役條件對(duì)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(duì)全陶瓷球軸承輻射噪聲的影響分析 237
8.2.1 轉(zhuǎn)速對(duì)圓周方向聲場(chǎng)分布影響的仿真分析 238
8.2.2 轉(zhuǎn)速對(duì)徑向方向聲場(chǎng)分布影響的仿真分析 241
8.2.3 轉(zhuǎn)速對(duì)軸向方向聲場(chǎng)分布影響的仿真分析 244
8.2.4 轉(zhuǎn)速對(duì)全陶瓷球軸承聲場(chǎng)分布影響的試驗(yàn)分析 247
8.3 預(yù)緊力對(duì)全陶瓷球軸承輻射噪聲的影響分析 252
8.3.1 預(yù)緊力對(duì)全陶瓷球軸承聲場(chǎng)分布影響的仿真分析 252
8.3.2 預(yù)緊力對(duì)全陶瓷球軸承聲場(chǎng)分布影響的試驗(yàn)分析 257
8.4 供油量對(duì)全陶瓷球軸承輻射噪聲的影響分析 262
8.4.1 供油量對(duì)全陶瓷球軸承聲場(chǎng)分布影響的仿真分析 262
8.4.2 供油量對(duì)全陶瓷球軸承聲場(chǎng)分布影響的試驗(yàn)分析 267
8.5 徑向載荷對(duì)全陶瓷球軸承輻射噪聲的影響分析 273
8.5.1 徑向載荷對(duì)全陶瓷球軸承聲場(chǎng)分布影響的仿真分析 273
8.5.2 徑向載荷對(duì)全陶瓷球軸承聲場(chǎng)分布影響的試驗(yàn)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(duì)全陶瓷球軸承輻射噪聲影響分析 278
8.6.2 沖擊載荷對(duì)全陶瓷球軸承輻射噪聲影響分析 280
8.6.3 無潤滑對(duì)全陶瓷球軸承輻射噪聲影響分析 281
8.6.4 環(huán)境溫度對(duì)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(jī)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(jī)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(jī)床全陶瓷球軸承電主軸的拆裝工藝 288
9.2.2 超低溫?zé)o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(jī)床不同類型軸承電主軸輻射噪聲比較 290
9.3.1 測(cè)試電主軸及試驗(yàn)設(shè)備 290
9.3.2 不同類型軸承電主軸輻射噪聲測(cè)試試驗(yàn)方案 291
9.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 291
9.4 數(shù)控機(jī)床全陶瓷球軸承電主軸磨削加工時(shí)的輻射噪聲研究 297
9.4.1 數(shù)控磨床與測(cè)試電主軸介紹 297
9.4.2 磨削加工時(shí)的噪聲測(cè)試試驗(yàn)方案 298
9.4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 299
9.5 本章小結(jié) 302
參考文獻(xiàn) 303