钢球展开机构的接触碰撞特性

为了研究钢球表面缺陷检测设备中钢球在展开机构中的接触碰撞特性,从钢球螺旋线展开机构的原理入手,基于Hertz理论建立钢球与核心零件展开轮的接触碰撞模型,以ADAMS二次开发为平台进行求解,同时与Impact模型进行对比验证.在此基础上,通过观察不同压紧力下侧偏力的变化过程以及钢球与展开轮两侧接触点处侧偏力对比情况,探讨球面展开过程的接触碰撞特性.结果表明:侧偏力以正弦曲线规律进行周期性变化,带动钢球产生方向交替变化的侧偏运动,同时压紧力大于15N时,检测系统达到稳定状态,压紧力对侧偏力的周期、幅值以及钢球进入稳态的时间影响可以忽略不计.从接触力角度揭示了球面展开原理,为检测设备的设计提供了理论依据.

微结构钢球展开轮增摩降磨特性分析

针对钢球缺陷检测过程中,镜面钢球打滑导致展开轮磨损这一问题,结合试验与有限元的方法,得到适合于展开轮的材料与微结构。首先,应用激光微造型技术在不同材料表面加工圆形凹坑微结构,采用单因素法在M-2000多功能磨擦磨损试验机上进行滚滑复合干摩擦试验;结合试验工况建立基于Archard理论的微结构磨损模型;最后通过仿真技术模拟试验优选的材料在不同微结构表面的磨损性能,进而对微结构进行优选。结果表明:在滚滑复合干摩擦工况下,圆形凹坑微结构可以改善不同材料的摩擦磨损性能;利用磨损模型计算磨损系数能够应用于有限元中用以分析实际工况的磨损特性;优选出T10A和45钢在三角形和菱形微结构表面下具有较好的耐磨性能。为轮系结构耐磨材料及微结构表面的选取提供理论参考。

钢球展开轮表面微结构几何参数优化研究

目的对钢球展开轮表面凹坑形微结构的几何参数(形状、大小、深度、间距)进行优化,获得增摩降磨(增加摩擦系数、降低磨损量)特性最佳的展开轮表面微结构几何参数匹配,为微结构展开轮的设计和应用提供方法和依据。方法首先运用Hertz理论对展开轮与钢球的接触面积进行分析,确定微结构几何参数范围,设计正交试验表,并进行摩擦磨损试验;然后,基于Archard理论推导展开轮表面磨损深度计算模型,通过数值模拟获得不同几何参数情况下微结构表面的磨损深度,将仿真结果与试验结果进行对比和验证;最后,以最小磨损量和最大摩擦系数为目标函数,利用基于Pareto思想的遗传算法建立微结构几何参数优化模型,通过求解得到摩擦系数和磨损深度的最佳范围及相应微结构的几何参数匹配。结果求解得到0.2 s时间内微结构展开轮磨损深度h为5.24×10^(–7)~5.32×10^(–7)mm,摩擦系数μ为0.2600~0.2607,与之对应的20个非劣解中,形状系数c为0.289左右,面积s全部为0.0310mm~2,深度d为97~112μm,大多数集中在100μm左右,间距θ在全部间距取值范围内都有分布,其中出现频数最高的为3.59°。结论微结构几何参数对展开轮表面磨损深度的影响程度顺序为:面积>形状>深度>间距;对摩擦系数的影响程度顺序为:形状>面积>间距>深度。展开轮表面微结构的最佳几何参数匹配:形状为菱形,面积为0.0310 mm^(2),深度为100μm左右,间距为3.6°。

钢球检测用展开轮表面微结构增摩降磨特性分析

针对钢球缺陷检测过程中,镜面钢球打滑引起的滑动摩擦导致展开轮磨损这一问题,以实现展开轮增摩降磨为目标,提出将微结构应用于钢球展开轮表面的方法.首先,应用激光微造型技术在T10A试件表面加工不同特征参数凹坑微结构,采用单因素法在MMW-1立式万能磨擦试验机上进行点接触干滑动摩擦试验;在综合考虑局部激光硬化和几何参数对磨损性能影响的基础上,结合试验数据建立基于Archard理论的微结构磨损模型;最后通过仿真技术及磨损试验验证磨损模型的正确性,进而对微结构特征参数进行优选.结果表明:在点接触干滑动摩擦工况下,提出的三种微结构表面均可以实现增摩降磨;建立的磨损模型能准确地计算磨损系数用以分析实际工况的磨损特性;优选了凹坑面积在S_2~S_4范围内的菱形微结构.提出的方法为钢球表面缺陷检测设备提供了技术支持,所建的磨损模型为干摩擦状态下凹坑微结构表面磨损程度的预测提供了理论参考.

应用数值模拟的钢球检测展开轮磨损寿命预测

磨损是轴承钢球展开轮的主要失效形式,展开轮磨损达到一定程度则对钢球表面的展开作用失效。针对展开轮寿命预测问题,根据展开轮结构和展开原理建立展开轮的临界失效条件,以经典的Archard磨损模型为基础,结合有限元法,提出离散化的Archard磨损模型,并建立展开轮磨损寿命预测模型。利用ANSYS软件对展开轮磨损进行数值模拟,得到磨损深度与磨损次数的关系方程。通过算例验证了本寿命预测方法的有效性,为钢球检测展开轮系列化设计和实际应用提供了理论基础。