考慮加工表面完整性的滾動接觸疲勞壽命預(yù)測.pdf

1、滾動接觸疲勞是航空業(yè)、汽車業(yè)、裝備業(yè)等諸多工業(yè)領(lǐng)域的重要研究對象。它是導(dǎo)致大部分機械零件在周變載荷下失效的主要因素。在精加工中,硬態(tài)車削工藝由于其經(jīng)濟性、技術(shù)以及環(huán)保方面的優(yōu)勢,被廣泛應(yīng)用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磨削工藝。而采用硬態(tài)車削工藝加工的軸承鋼,其主要失效形式為滾動接觸疲勞作用下由次表面產(chǎn)生的剝落。
　　把描述表面質(zhì)量的最重要的一些參數(shù)引入到滾動接觸疲勞壽命的預(yù)測模型中,以提高模型在預(yù)測硬態(tài)車削的軸承鋼的疲勞壽命時的準(zhǔn)確程度。針對高周

2、疲勞工況下的AISI52100軸承鋼材料,總結(jié)了滾動接觸疲勞的一些現(xiàn)象,并描述了其中最重要的一些特點。同時總結(jié)了現(xiàn)有的滾動接觸疲勞壽命預(yù)測模型,并分析了其在結(jié)合表面質(zhì)量參數(shù)方面的局限性。結(jié)合以上內(nèi)容,提出了新的滾動接觸疲勞壽命預(yù)測模型。
　　研究了表面質(zhì)量參數(shù)對于滾動接觸疲勞壽命的影響,闡述了將表面質(zhì)量引入壽命預(yù)測模型的重要性。表面質(zhì)量由四種參數(shù)所描述:表面粗糙度、殘余應(yīng)力、微觀硬度、以及在硬態(tài)車削中材料所產(chǎn)生的相變,同時也考慮了

3、材料的不均勻性。研究表明表面下的殘余應(yīng)力分布情況是影響硬態(tài)車削軸承鋼滾動接觸疲勞壽命的主要因素。相比磨削工藝,硬態(tài)車削工藝能夠在工件表層產(chǎn)生更多的殘余壓應(yīng)力。然而,目前并沒有能夠清楚、準(zhǔn)確描述硬態(tài)車削軸承鋼的殘余應(yīng)力輪廓的方法,也無法直接評估其對于疲勞壽命的影響。通過改變切削參數(shù),能夠獲得較優(yōu)化的殘余應(yīng)力輪廓。根據(jù)所提出的壽命預(yù)測模型,將殘余應(yīng)力分布將作為輸入?yún)?shù),用以評估其對于疲勞壽命的影響;同時由于殘余應(yīng)力參數(shù)的引入,可以提高壽命預(yù)

4、測模型的準(zhǔn)確性。
　　滾動接觸疲勞壽命預(yù)測模型考慮了滾動接觸中的彈塑性變形,同時分別研究了裂紋萌生壽命模型和裂紋擴展壽命模型。其中裂紋萌生壽命模型基于位錯理論,裂紋擴展壽命模型則基于一種塑性模型。給出了校準(zhǔn)壽命預(yù)測模型中參數(shù)的方法,列出了預(yù)測滾動接觸疲勞壽命的步驟。將殘余應(yīng)力輪廓這一因素分別引入到裂紋萌生壽命模型和裂紋擴展壽命模型中,其在模型中的參數(shù)為最大剪應(yīng)力。
　　通過測量硬態(tài)車削后的AISI52100軸承鋼的殘余應(yīng)力分

5、布,對所提出的滾動接觸疲勞壽命預(yù)測模型進行了驗證,即將殘余應(yīng)力這一表面質(zhì)量參數(shù)作為影響疲勞壽命的材料內(nèi)部因素。研究發(fā)現(xiàn)疲勞壽命隨著外載荷的增加而縮短,但是當(dāng)壽命預(yù)測模型中引入殘余應(yīng)力參數(shù)后,由于硬態(tài)車削軸承鋼表面殘余壓應(yīng)力的增加,疲勞壽命將會延長?；谒岢龅哪Ｐ?研究發(fā)現(xiàn)殘余壓應(yīng)力能夠降低最大剪應(yīng)力值,進而影響裂紋萌生壽命和裂紋擴展壽命預(yù)測。通過對殘余應(yīng)力分布影響的研究,發(fā)現(xiàn)引入殘余應(yīng)力后,最大剪應(yīng)力能減少約31％,疲勞壽命將增加超過