轴承滚道控性磨削

轴承滚道是滚动轴承工作时承受负荷的工作表面，其表面完整性决定了轴承的长寿命可靠服役性能。磨削加工是轴承滚道表面状态可控制造的关键工艺，直接决定了轴承滚道的表面完整性。本书是结合作者多年从事轴承滚道控性磨削基础理论及应用技术研究的成果撰写而成的。本书共分7章，第1章介绍了轴承滚道控性磨削的基础理论，第2章分析了磨削加工砂轮磨粒与工件接触状态，第3章分析了轴承内圈滚道磨削力与磨削弧区热源分布，第4章分析了轴承内圈滚道磨削残余应力场，第5章研究了轴承内圈滚道磨削变质层，第6章介绍了轴承内圈滚道磨削加工试验，第7章研究了轴承内圈滚道精研加工残余应力场。
本书可供磨削加工理论与应用技术和轴承滚道控性制造等领域的科技人员参考，也可作为相关专业的科研人员、高等院校工科专业的教师及机械类研究生的参考书。

滚动轴承作为重大装备的关键核心基础件，直接关系着装备的整机服役性能。受制于制造领域的关键共性技术及基础科学问题，国产高端轴承的服役性能与国际前沿水平有较大差距，导致国内高端装备配套轴承全部或大部分依赖进口，严重制约着我国装备制造业的发展。在诸多影响制滚动轴承服役性能的指标中，最关键的是其在苛刻工况条件下的长寿命可靠服役性能。尤其需要关注的是，滚道接触疲劳失效是抑制其长寿命可靠服役性能的主要失效形式之一，而这与轴承滚道的表面完整性密切相关。轴承滚道的表面完整性主要包括滚道的表面形貌、滚道表层的组织、硬度和残余应力分布等。磨削加工是轴承滚道表面状态可控制造关键工艺，直接决定了轴承滚道的表面完整性。目前，国产滚动轴承的滚道表面经超精研加工后，表面粗糙度等表面形貌指标与国外几乎无差异，但对于滚道表层的残余应力分布和组织变化等表面状态的可控磨削技术仍有待提高。因此，开展轴承滚道控性磨削基础研究，是提升我国滚动轴承长寿命可靠服役性能的迫切需求。
作者多年来致力于轴承滚道控性磨削基础理论与应用技术研究。本书是作者在总结相关研究成果的基础上撰写而成的，共分为7章，第1章介绍了轴承滚道控性磨削的基础理论，第2章分析了磨削加工砂轮磨粒与工件接触状态，第3章分析了轴承内圈滚道磨削力与磨削弧区热源分布，第4章分析了轴承内圈滚道磨削残余应力场，第5章研究了轴承内圈滚道磨削变质层，第6章介绍了轴承内圈滚道磨削加工试验，第7章研究了轴承内圈滚道精研加工残余应力场。撰写本书的目的在于向读者介绍轴承滚道控性磨削领域的新成果，以期为提升我国滚动轴承控性制造的技术水平尽绵薄之力。
本书在写作过程中，参考了江京亮（2010级博士生）和郑传栋（2012级硕士生）的博士、硕士论文。他们为轴承滚道控性磨削理论与技术的研究做出了重要贡献，没有他们的努力工作，本书是不可能完成的，作者在此对他们的辛勤劳动和创造性贡献表示诚挚的谢意。
本书的研究工作得到了国家重点基础研究发展计划（973计划）“轴承滚道基体组织与表面状态可控性制造(2011CB706600)”的资助，作者在此深表感谢！
由于作者水平有限，书中的不妥之处在所难免，恳请专家和读者批评指正，并提出宝贵意见。

前言
第1章绪论1
1.1背景1
1.2磨削加工基础理论的研究
现状2
1.2.1磨削力预测模型2
1.2.2磨削热源分布及热量分
配比6
1.2.3磨削温度场10
1.2.4磨削残余应力场12
1.2.5磨削变质层16
1.3小结17
参考文献18
第2章磨削加工砂轮磨粒与工件
接触状态30
2.1引言30
2.2砂轮表面形貌的定量描述30
2.2.1磨粒形状30
2.2.2磨粒尺寸31
2.2.3磨粒凸起高度31
2.2.4单位面积磨粒数32
2.3磨粒临界切入深度33
2.3.1耕犁磨粒临界切入深度33
2.3.2切削磨粒临界切入深度34
2.4最大未变形切屑厚度34
2.4.1求解原理34
2.4.2计算过程34
2.5各类接触磨粒数目的概率
统计35
2.5.1各类接触磨粒数目35
2.5.2磨削工艺参数对各类接触
磨粒数目的影响36
2.6小结38
参考文献38
第3章轴承内圈滚道磨削力与
磨削弧区热源分布39
3.1引言39
3.2磨削接触弧长40
3.3磨粒轨迹分析40
3.3.1磨削弧区任意磨粒的动态
接触状态40
3.3.2磨削弧区区域划分41
3.4单颗磨粒接触作用力42
3.4.1单颗滑擦磨粒作用力
模型42
3.4.2单颗耕犁磨粒作用力
模型43
3.4.3单颗切削磨粒作用力
模型43
3.5磨削力模型44
3.5.1磨削力模型的建立44
3.5.2磨削力模型的试验验证46
3.5.3磨削工艺参数对磨削力的
影响49
3.6磨削弧区热源分布51
3.6.1磨削弧区热源分布研究51
3.6.2磨削温度场有限元模型53
3.6.3磨削温度场有限元模型的
试验验证54
3.7磨削区已加工表面热源分布
形状57
3.7.1已加工表面热源分布形状
的计算方法57
3.7.2接触角和Pe数已加工表
面热源分布形状的影响
机理59
3.7.3已加工表面热源分布模型
以及选择指导62
3.8轴承内圈滚道磨削力与磨削
温度场66
3.8.1轴承内圈滚道磨削参数的
等价转化66
3.8.2轴承内圈滚道磨削力与
热源分布67
3.8.3轴承内圈滚道磨削
温度场69
3.9小结75
参考文献76
第4章轴承内圈滚道磨削残余
应力场77
4.1引言77
4.2轴承内圈滚道磨削残余应力场
有限元模型77
4.2.1几何建模及网格划分77
4.2.2材料性能78
4.2.3边界条件78
4.3轴承内圈滚道表面磨削残余
应力测量试验80
4.3.1试验方案80
4.3.2试验结果81
4.4磨削力导致的残余应力场82
4.4.1轴承内圈滚道表层残余应力
的产生机理82
4.4.2接触应力大小对滚道表层
残余应力分布状态的
影响85
4.4.3磨削力比对滚道表层残余
应力分布状态的影响86
4.4.4接触应力移动速度对滚道
表层残余应力分布状态
的影响87
4.5磨削热导致的残余应力场87
4.5.1轴承内圈滚道表层残余应力
的产生机理87
4.5.2热流密度大小对滚道表层
残余应力分布状态的
影响90
4.5.3热源移动速度对滚道表层
残余应力分布状态的
影响90
4.5.4冷却条件对滚道表层残余
应力分布状态的影响91
4.6磨削力与磨削热耦合作用的
残余应力场93
4.6.1轴承内圈滚道表层残余应力
的产生机理93
4.6.2磨削工艺参数对滚道表层
残余应力分布状态的
影响96
4.6.3冷却润滑条件对滚道表层
残余应力分布状态的
影响99
4.7小结102
参考文献103
第5章轴承内圈滚道磨削变
质层104
5.1引言104
5.2轴承内圈滚道磨削暗层厚度
预测104
5.2.1轴承内圈滚道磨削温
度场104
5.2.2轴承内圈滚道磨削暗层
厚度106
5.3基于单颗磨粒切削有限元模拟
的磨削白层研究107
5.3.1几何模型107
5.3.2材料模型108
5.3.3计算结果109
5.4轴承内圈磨削工艺规划方法
研究111
5.5小结116
参考文献116
第6章轴承内圈滚道磨削加工
试验118
6.1引言118
6.2轴承内圈滚道磨削加工试验
平台118
6.2.1工件及砂轮轴转速
调节118
6.2.2磨削力测量方法120
6.2.3轴承内圈滚道磨削温度的
测量方法121
6.2.4轴承内圈滚道磨削表面暗
层厚度测试方法125
6.3轴承内圈滚道磨削试验126
6.3.1试验参数及试验过程126
6.3.2磨削力测量结果127
6.3.3磨削温度场测量结果128
6.3.4磨削变质层测量结果130
6.4轴承内圈滚道低温气雾冷却润
滑磨削试验台133
6.4.1低温气雾供液系统134
6.4.2低温气雾供液参数的
测定136
6.5轴承内圈滚道表层残余应力分布
测量方案139
6.5.1残余应力测试139
6.5.2残余应力修正140
6.6轴承内圈滚道低温气雾冷却
润滑磨削试验141
6.6.1试验方案141
6.6.2低温气雾的润滑性能142
6.6.3低温气雾的冷却性能143
6.6.4冷却润滑条件对滚道表层
残余应力分布状态的
影响144
6.7小结145
参考文献145
第7章轴承内圈滚道精研加工
残余应力场147
7.1引言147
7.2滚动轴承滚道精研加工残余
应力分布有限元仿真147
7.2.1滚动轴承滚道精研加工残余
应力分布有限元模型147
7.2.2精研加工残余应力分布
有限元仿真结果分析150
7.3滚动轴承滚道精研加工
试验160
7.3.1试验方案160
7.3.2轴承滚道精研加工表面残余
应力的测量方法162
7.3.3精研加工表面残余应力测量
结果168
7.4磨削残余应力对滚动轴承滚道
精研加工残余应力的影响170
7.4.1磨削残余应力场170
7.4.2精研加工初始应力场
设置171
7.4.3磨削残余应力对精研加工
残余应力分布影响的有
限元仿真172
7.4.4精研加工残余应力有限元