氮化硅陶瓷球加工缺陷分析与无损检测技术研究

氮化硅陶瓷轴承球具有优良的综合机械性能,在航空、航天等领域有广泛的应用前景。然而在陶瓷球加工的各个阶段都能产生表面缺陷,处于表面和次表面的加工缺陷能显著降低陶瓷球的疲劳寿命。本文综述了陶瓷球的加工方法、加工缺陷的形成与扩展及其无损检测技术的研究进展。制造高强度结构陶瓷的关键是避免材料制备过程中形成的缺陷,球坯材料的显微结构、材料缺陷和机械加工工艺参数对成品球的质量有显著影响。国内外采用射线检测、超声波检测、渗透检测、激光散射等多种方法进行陶瓷球表面缺陷检测研究。由于陶瓷球表面缺陷具有多样性且球表面不可展开,至今还没有完善的无损检测方法。     

陶瓷球表面缺陷图像检测及球面展开机构的研究

陶瓷轴承球的表面缺陷会严重降低球的强度和滚动接触疲劳寿命。针对陶瓷球表面缺陷自动检测要求精度高、可靠性高的特点,建立了基于图像处理的检测方案,并证明了该方案的有效性。为保证表面不漏检,应用螺旋面展开法设计球面展开机构,推导球面展开运动方程,计算转速控制曲线,分析了控制参数对检测系统精度和检测效率的影响,为陶瓷球表面缺陷自动分类和识别提供了可靠方法。     

基于响应面法的双级串联轴承结构优化设计

双级串联轴承相比传统的单级轴承具有极限转速高、使用寿命长等优点，但双级串联轴承相比单级轴承增加了一级轴承结构，导致整体质量较大，限制了很多场合的应用。针对此问题，对双级串联轴承结构进行优化设计。通过有限元分析，得到轴承等效应力、接触应力和整体温升情况，并采用响应面法对各设计变量进行局部灵敏度分析，确定并筛选出与目标函数相关性较高的参数。以轴承质量、疲劳寿命和温升为优化目标，以球径、球数和沟曲率半径系数为设计变量，通过多目标遗传算法对双级串联轴承进行多目标优化设计，从而得到双级串联轴承最优内部几何参数，并根据优化结果搭建试验装置进行了试验验证。优化结果表明：优化后双级串联轴承质量减轻10.47%，最大接触应力减小9.11%，最大等效应力减小6.45%，最大温度增大1.9%，所提优化方法为双级串联轴承结构设计及航空场合的拓展应用提供理论依据。     

轴承钢球表面缺陷的快速检测方法

针对目前轴承钢球表面缺陷检测方法中存在的问题，提出了一种快速检测方法。设计的钢球表面展开结构，解决了钢球表面快速展开问题，能够在快速展开的同时保证检测面的完整性；通过改进光源和检测槽设计，消除了图像采集过程中的钢球表面镜面反射干扰；结合计算机数字图像处理与模式识别技术，实现了背景和钢球的分离、钢球和疵斑的分离，达到了获取钢球表面缺陷特征的目的，使得检测过程自动化。实际使用表明，该方法能够对钢球表面的点子、擦伤、烧伤、划伤、裂纹等缺陷进行检测，可用于钢球表面缺陷在线检测。     

球磨过程中的涂层形成与粉末细化

研究了Cr粉、Al粉、Cu粉、Cr20Al80粉末球磨过程中粉末粒度尺寸的变化以及磨球表面涂层的形成规律,结果发现,磨球表面涂层的形成与粉末细化之间有一定的关系.球磨初期,磨球涂层厚度迅速增加,随后逐渐趋于稳定.Cu粉末在球磨过程中未在磨球表面形成涂层.金属粉末球磨至24h后,随球磨时间增加,磨球涂层厚度几乎不再变化;除Al粉末外,其余金属粉末的细化速率降低.磨球塑性好易形成厚涂层,粉末脆性大容易细化.     

推力球轴承摩擦力矩特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了推力球轴承动力学分析模型以及摩擦力矩数学模型,仿真分析了不同结构参数、工况参数对摩擦力矩特性的影响规律,并进行了对比验证。研究结果表明：自旋滑动产生的摩擦力矩约为推力球轴承总摩擦力矩的70%;从推力球轴承的设计角度,在保证保持架稳定性的前提下,可以适当增加钢球数和增大保持架兜孔间隙来减小轴承摩擦力矩,但钢球数对摩擦力矩的影响更为明显,且对轴承结构影响最小,应优先考虑;随着轴(座)圈沟曲率半径系数的增大,轴承摩擦力矩呈现指数形式减小,当轴(座)圈沟曲率半径系数达到0.56以后,轴(座)圈沟曲率半径系数的增大对轴承摩擦力矩影响很小,但考虑到推力球轴承的承载能力,轴(座)圈沟曲率半径系数应在0.56~0.58之间选取较为合适;从推力球轴承的使用角度,倾覆力矩、外载荷冲击量和轴承转速会对轴承的摩擦力矩产生显著影响,且外载荷冲击量的影响程度最大。     

工程结构陶瓷的镜面加工

叙述了工程陶瓷的镜面加工技术。根据陶瓷材料的去除机理和影响去除形式转化条件的，按照优化工艺路线，实现了陶瓷圆柱表面的镜面加工。研究成果在陶瓷发动机零件的试制中得到了应用。     

双列角接触球轴承动刚度特性分析

为研究双列角接触球轴承动刚度特性,在双列角接触球轴承动力学分析基础上,建立双列角接触球轴承动刚度仿真分析模型。采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的算法对双列角接触球轴承动刚度模型进行求解,分析轴承结构参数和工况参数对轴承动刚度的影响。分析结果表明：沟曲率半径系数对轴承动刚度影响较小,随着内、外沟曲率半径系数的增加,径向刚度略有增大,轴向刚度和角刚度相对减小;增加钢球数有利于提高轴承动刚度;轴向预紧量较大时轴承动刚度较高,但过大的轴向预紧会使轴承寿命降低,应合理确定轴向预紧量;随转速的增大,轴承动刚度先减小后增大,且转速较低时可近似以接触刚度代替轴承动刚度,转速较高时应综合接触刚度和油膜刚度求得轴承动刚度;外载荷对轴承动刚度有较大影响,加大径向载荷和轴向载荷有利于提高轴承动刚度,随着力矩载荷的增大,轴承动刚度变化较为复杂,但整体上,呈现先减小后增大的趋势。     

贝氏体钢磨球与我国磨球材料

贝氏体钢磨球是一种新型磨球产品,具有磨耗低、破碎率低、失圆少、粉磨效率高、节约磨矿能耗和成本等优点。其耐磨性是国内优质铸球及高碳球的3倍以上,抗剥落及抗破碎性能则提高数倍,实际应用中的破碎率低于2％。文中基于大量试验结果及应用数据,较详细介绍了贝氏体钢磨球的优良特性,同时分析了国内磨球的现状及发展趋势,并针对磨球的工作特点,提出了磨球材料选材的原则。     

芳纶复合材料对球形弹丸的抗贯穿性能研究

以芳纶纤维织物为增强材料、聚氨酯为树脂基体的芳纶复合材料,进行了2.05 g钨合金球、1.03 g钢球和4.50 g钢球的抗贯穿性能研究,并分析了芳纶复合材料对以上3种典型球形弹丸的抗弹性能差异。试验结果表明:芳纶复合材料的抗贯穿性能与测试过程中采用的弹丸种类有关,采用2.05 g钨球时较低,采用1.03 g钢球时较高,采用4.50 g钢球时居中。进而提出了一种新的芳纶复合材料抗贯穿性能表征方法,即直接作用面积比吸收能(PSEA)法。PSEA值在芳纶复合材料受到材质相同的球形弹丸冲击时基本相同,据此在芳纶复合材料对某种球形弹丸的弹道极限速度已知时,可计算出对其它球形弹丸的弹道极限速度。验证结果表明:弹道极限速度的计算值和实测值相差1%~6%.     

一种划分特殊与一般的抢球博弈策略

为了进一步提高机器鱼在抢球博弈项目中的进攻效率,提出一种划分特殊与一般的比赛策略.在区域划分的基础上,从鱼与水球的距离及相对位置出发,划分特殊情况与一般情况,独立处理特殊情况后,针对一般情况,根据球与球门的距离远近及所处区域,利用动态规划思想,选出机器鱼最先要进攻的球与球门,并在机器鱼比赛平台上对设计的策略进行具体验证.实验结果表明:该策略是有效、可行的,实现了各种情况下最佳水球的选择,大大缩短了抢球博弈中多次进球所需要的时间.     

内圈倾斜角对高速角接触球轴承动态特性的影响

由于加工装配误差不可避免,高速角接触球轴承内外套圈之间普遍存在不同程度的倾斜角。套圈倾斜角对轴承的运转性能有很大影响,在某些条件下甚至造成轴承失效。针对上述情况,给出一种综合考虑套圈倾斜角、高速离心效应的轴承分析计算模型,采用Newton-Raphson法计算内圈存在倾斜角条件下高速角接触球轴承动态特性。结果表明：轴承转速升高,内圈倾斜角引起的轴承接触应力波动变弱,旋滚比、公转转速波动变化均增强,可见在高速下内圈倾斜角更易引发与轴承热相关的失效模式而非常见的疲劳失效;对于承受联合载荷的角接触球轴承,适当的内圈倾斜角可在一定程度上减弱由径向载荷所带来的接触角、公转速度、旋滚比波动,并显著增大轴承径向刚度和角刚度;存在内圈倾斜角时,氮化硅陶瓷球轴承在接触角、旋滚比、公转转速、动态刚度方面表现均优于钢球轴承,但套圈接触应力与钢球轴承相比对内圈倾斜角更加敏感。     

Automatic Detection of Steel Bali＇s Surface Flaws Based on Image Processing

A new method to detect steel bali＇s surface flaws is presented based on computer techniques of image processing and pattern recognition. The steel bali＇s surface flaws is the primary factor causing bearing failure. The high efficient and precision detections for the surface flaws of steel ball can be conducted by the presented method, including spot, abrasion, burn, scratch and crack, etc. The design of main components of the detecting system is described in detail including auto-matic feeding mechanism, automatic spreading mechanism of steel ball＇ s surface, optical system of microscope, image acquisition system, image processing system. The whole automatic system is controlled by an industrial control computer, which can carry out the recognition of flaws of steel bali＇s surface effectively.     

低速陶瓷球侵彻明胶研究

为研究低速陶瓷球侵彻明胶运动规律,通过试验和数值模拟方法,测量了不同直径陶瓷球的冲击速度和侵彻明胶深度; 采用能量守恒模型,计算球形破片侵彻明胶深度; 结合试验结果与理论结果进行验证计算。研究发现:对于球形破片侵彻明胶,利用该文的理论分析模型计算出的侵彻深度与试验结果吻合较好; 基于理论模型的可靠性,发现低速陶瓷球侵彻明胶,其直径是影响侵彻深度的主要因素; 将陶瓷球、钨球、钢球的侵彻能力进行对比,综合考虑侵彻深度和最大空腔半径,结果表明陶瓷球更适合作为毁伤元。     

抢球大作战策略优化

根据水中机器人水球比赛仿真器2D版软件比赛平台下的机器鱼顶球所具有的速度和连贯性,对抢球大作战项目中机器鱼的进攻和防守策略进行优化。研究抢球大作战项目里的顶球函数,分析上下半场两机器鱼的协作能力,使机器鱼达到"动静结合"的效果,使我方的机器鱼一直处于主动状态,对方机器鱼处于无球或没有好球可抢的境地,并以实例进行仿真实验。实例结果表明,该策略能使机器鱼抢到更多的球。     

硬脆材料塑性区域加工研究综述

硬脆材料具有良好的物理和力学特性,在航空航天和工业生产中得到广泛应用。但由于其高的硬度和脆性,使其加工过程变得非常困难。塑性域加工方法的提出是解决硬脆材料加工过程中产生的缺陷的一种有效方法,因此硬脆材料的塑性域和脆性域加工转换的临界条件获得广泛研究。从塑性域加工机理、塑性域加工模型、表面/亚表面损伤和塑性域加工的影响因素对国内外的研究现状进行综述,提出了硬脆材料塑性域加工未来的研究方向。     

框架平台球轴承的预紧与配对

本文详细地分析了向心推力球轴承的预紧原理与轴向刚度等特性，通过对单列球轴承的凸出量的分析和测量，提出了一种简单实用的。将框架平台球轴承预紧力控制在一定精度范围内的新方法。     

摆动球轴承球与保持架碰撞行为

针对摆动球轴承工作过程中保持架早期失效问题,基于滚动轴承动力学理论,建立摆动工况下球轴承的动力学分析模型.采用Gear stiff变步长积分算法求解该模型,分析轴承工况参数、润滑剂拖动系数和保持架兜孔间隙对钢球与保持架瞬时碰撞行为的影响.结果表明:摆动工况下钢球与保持架的碰撞力远大于恒速下钢球与保持架的碰撞力;承载区钢...     

烧结温度对钨球压缩性能的影响

采用液相烧结法制备钨合金球,研究烧结温度对钨球微观组织的影响,讨论晶粒度和W-W邻接度对钨球压缩性能的影响。结果表明:烧结温度越高,晶粒度越大,W-W邻接度越小;在烧结温度为1520℃时,直径8mm的钨球具有最高的压溃载荷(80kN)。断口形貌观察表明,钨球压缩开裂机制与钨合金拉伸开裂机制基本一致。对钨球压缩行为的研究表明,钨颗粒的变形主要集中在钨球的中心部分。     

高速角接触球轴承保持架柔体动力学分析

在角接触球轴承动力学分析基础上,结合轴承保持架的柔体性,采用修正的Craig-Bampton子结构模态综合法建立高速角接触球轴承保持架柔体动力学方程.利用ADAMS系统开发了角接触球轴承刚柔多体动力学分析程序,对高速角接触球轴承保持架动态性能进行了分析;并采用Gupta的角接触球轴承动力学分析结果加以验证.分析结果表明...