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关键词： 复合微动磨损   EA4T车轴钢   接触行为   损伤演变   磨损机制  

摘要： 针对车辆轮轴过盈配合部存在的多模式复合微动损伤，开展了柱/柱正交接触下的EA4T车轴钢径切复合微动磨损特性研究.结果表明：摩擦力-位移-循环次数曲线（F_t-D-N曲线）表现为3种类型：准梯形型、梯形与椭圆交变型和直线型.分别对应完全滑移区、混合区和部分滑移区.径切复合微动的径向力与切向位移变化周期相同，径向力随切向位移的改变而改变.径切复合微动磨损的磨痕形貌呈彗星状，径向载荷较小侧更容易产生相对滑移，导致磨痕较深.完全滑移区与混合区的磨损机制主要为疲劳剥落、磨粒磨损及氧化磨损.在完全滑移区，F_t-D-N曲线为非对称的准梯形型，单次循环平均磨损量先增加后降低.在混合区，损伤程度降低，磨痕表面存在轻微的犁沟和剥落.在部分滑移区，接触区中心存在黏着，接触边缘发生微滑，损伤最轻微，磨损机制主要为黏着磨损.

关键词： 滚动接触疲劳试验   点云   磨损量   三维重建  

摘要： 滚动接触疲劳(RCF)是一种接触面耐久性因反复滚动接触而降低的现象,主要出现在齿轮、滚动轴承和凸轮等机械零部件上。人们通过滚动接触疲劳试验模拟在真实工况下零部件受RCF影响的状态,从而量化各种材料在RCF条件下的性能。在滚动接触疲劳试验过程中,试件表面由于循环应力作用的影响出现疲劳缺陷,同时由于相互接触的表面存在摩擦,试件的表面也在不断进行磨损。目前滚动接触疲劳试验中常用的磨损量检测方法效率低下,不能实现在位、在线测量试件在实验过程中当前的磨损量,获得试件在整体试验中的相对磨损变化趋势,无法在试验中对试件磨损状态进行可视化。因此,针对目前滚动接触疲劳试验表面及磨损量的测量的不足,本文提出一种基于线结构光的滚动接触疲劳磨损在线测量方法,主要研究工作如下: (1)设计滚动接触疲劳磨损测量系统。根据滚动接触疲劳试验机工作状态与原理,和试验相关标准所设计的待测试件结构,结合采用的三维测量传感器的测量原理、结构尺寸、视场与测量有效范围等参数设计整体测量方案和搭建结构,完成对整体试验平台的搭建。 (2)研究试件滚动接触表面点云数据的预处理方法。首先采用条件滤波对传感器获取到的点云原始数据中接触表面进行分割,去除无效点;后采用k维树最近邻搜索方法对试件表面的数据进行分析和统计,使用统计滤波方法对试件表面的噪点进行去除,减少原始数据对后续测量算法带来的影响。 (3)提出了针对钢试件的磨损量测量方法。利用传感器在高度方向上测量精度高的优点,根据采集到的点云数据特征设计了磨损量计算模型。通过试验中发现的问题对计算模型进行改善,对测量高度进行角度及温度补偿。实验结果表明,磨损量测量平均误差为3.96%,实现了在试验过程中对钢试件磨损量的在线测量,试件磨损趋势与表面点云的形貌变化的获取。 (4)提出了针对塑料材料的滚动接触表面磨损量测量方法。为了研究齿轮塑料材料在不同PV值工况下的磨损性能,在钢试件磨损量测量方法的基础上,结合开展磨损试验中发现的塑料材料特性,设计了针对塑料材料的磨损量计算模型。实验结果证明,平均相对误差为6.31%,该方法能在满足精度要求的条件下对塑料材料试件的磨损量进行测量,获取试件在不同工况下的相对磨损变化趋势。后设置试验组来模拟齿轮箱中的不同工况,通过对实验数据的分析发现在PV值乘积不变情况下,滑差率与法相载荷对试件的磨损影响不同,为塑料齿轮的设计提供了数据支撑。 (5)对试件表面点云进行三维重建。为了实现试件表面磨损状态的可视化,首先对点云进行卷曲处理,然后根据曲率关系对其进行降采样。最后,采用贪婪投影三角化算法对试件滚动接触表面进行了三维重建。此外,还将所提方法集成到人机交互界面中,以实现对滚动接触疲劳试验机的智能化升级。

关键词： 金刚石滚轮修整   预测滚轮磨损   修整工艺参数   轨迹优化  

摘要： 铲磨是滚刀齿形加工的最后一道工序,砂轮廓形精度对滚刀齿形精度有着决定性影响。在实际加工中,由于滚轮的磨损会影响被修整的砂轮廓形精度,因此需要对金刚石滚轮磨损进行补偿。在修整过程中,修整速比,轴向进给速度,进给量等因素均会影响金刚石滚轮磨损程度,且滚轮磨损规律不明,无法有效自动补偿砂轮磨损,需要反复调整,严重影响了砂轮修整精度及效率,为此金刚石滚轮磨损所带的误差亟需解决。本课题以高效率、高质量精准修整砂轮廓形需求为导向,围绕金刚石滚轮磨损滚轮和修整工艺优化展开研究,旨在揭示金刚石滚轮磨损规律,实现砂轮修整工艺路径的自动补偿,提高砂轮修形精度及加工效率,为精准铲磨滚刀齿形提供保障,主要研究内容如下: 1)分析了金刚石滚轮的修整原理,推导了滚轮与砂轮之间的动态接触弧长公式,为建立金刚石滚轮磨损预测的数学模型提供了理论依据,对模型进行解析可获取修整后砂轮和滚轮的廓形、滚轮的预测磨损量。 2)搭建了金刚石滚轮修整实验平台和设计滚轮廓形测量方案,进行了金刚石滚轮修整砂轮的单因素实验研究,揭示了修整速比,轴向进给速度,进给量与金刚石滚轮磨损的影响规律。 3)进行了金刚石滚轮修整中滚轮磨损与修整速比,轴向进给速度,进给量的正交实验,获得了两组粗修和精修时能减小滚轮磨损的修整参数组合,为金刚石滚轮修整白刚玉砂轮的工艺参数选取提供了参考。 4)建立磨损金刚石滚轮修整砂轮的包络线方程,分析了金刚石滚轮磨损对砂轮廓形精度的影响,提出金刚石滚轮轨迹优化方法,补偿金刚石滚轮修整砂轮时由磨损造成的廓形误差。 研究结果表明:本文所建立的金刚石滚轮磨损预测模型误差在8.1%,证明该数学模型的正确性;使用金刚石滚轮修整砂轮时,随着修整进给量、轴向进给速度、修整速比的增大,金刚石滚轮磨损加速,其中修整速比对滚轮磨损的影响幅度最大;依靠滚轮磨损预测模型进行正交实验,得到了粗修和精修的两组最佳工艺参数组合,粗修的最佳参数为:修整速比为0.7,进给量0.08mm,轴向进给速度100mm/min;精修时为修整速比为0.7,进给量0.03mm,轴向进给速度90mm/min;金刚石滚轮廓形是影响砂轮廓形的重要因素,通过金刚石滚轮实际廓形来修整轨迹的优化方法可以有效提高砂轮廓形精度。