一種使陶瓷球鍍膜均勻化的夾具研究

1、    一種使陶瓷球鍍膜均勻化的夾具研究    傅海江摘 要：為了研究出使球體鍍膜均勻化的夾具，利用夾具模型完成幾何建模，從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度對(duì)其分析，并利用adams軟件實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真。分析了仿真結(jié)果后得出，在dlz-01型設(shè)備上安裝三溝道轉(zhuǎn)盤夾具，可以得到均勻、光滑的薄膜。關(guān)鍵詞：夾具；運(yùn)動(dòng)分析；adams幾何分析；均勻性：tq171.6 ：a doi：10.15913/ki.kjycx.2015.03.021隨著高新工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)球軸承性能的要求也越來越高，尤其是航空航天所用的軸承，在沒有保持架的基礎(chǔ)上，要想實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑功能，就需要對(duì)陶瓷球滾珠表面進(jìn)行潤(rùn)

2、滑改性。各大科研機(jī)構(gòu)研制出一種新型材料類金剛石膜，并將其用于軸承球體表面。但是，對(duì)于球體的表面鍍膜，其均勻化直接影響著軸承的性能。美國(guó)wisconsin大學(xué)j.r.conrad教授提出了一種等離子體基離子注入技術(shù)。使用該技術(shù)，可以直接在工件暴露表面注入離子，但是，要真正做到全方位均勻注入是很困難的。近年來，相關(guān)院校研制了dlz-01型離子注入沉積設(shè)備，因?yàn)殪o止的球體表面完全暴露于設(shè)備中是不可能的，所以，需要特別設(shè)計(jì)夾具，使球在離子注入過程中自由滾動(dòng)，從而得到均勻的dlc膜。1 陶瓷球的運(yùn)動(dòng)分析要使陶瓷球表面能夠沉積均勻的dlc膜，必須使球自由、均勻地運(yùn)動(dòng)，這樣，球體每部分接觸到等離子體的概率是

3、一致的。為此，筆者設(shè)計(jì)了一種夾具，如圖1所示，并從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度分析了球體在夾具中的運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證了球體能否自由、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。三溝道轉(zhuǎn)盤以一定轉(zhuǎn)速繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤上加工三道環(huán)形溝槽，其截面為三角形。將3個(gè)球分別放于球盤的三溝槽中，使其構(gòu)成正三角形，并用隔離盤固定，隔離盤按照轉(zhuǎn)盤上球的排布加工。第4個(gè)球放于三球之上，用相應(yīng)的隔離盤固定其位置。1.1 adams建模的幾何分析為了方便研究，設(shè)定下面三顆球分別為a，b，c，上面球體為d，轉(zhuǎn)速為w0，4個(gè)球的直徑皆為d，a，b球球心距轉(zhuǎn)軸距離分別為ra、rb。下面應(yīng)用adams軟件仿真計(jì)算夾具中球的運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)夾具和球體建模，要求夾具和4個(gè)球體必須滿足一定的幾

4、何條件。1.1.1 c球球心距轉(zhuǎn)軸距離rc在建模過程中，應(yīng)知道3個(gè)球球心距轉(zhuǎn)軸的距離。已知ra、rb，要想知道c球球心距轉(zhuǎn)軸距離rc，就需要根據(jù)a，b，c3個(gè)球排布的俯視圖，如圖2所示，求出rc，即：從圖3中可以看出，球d在y方向上的速度最大，其次是x方向，z方向上角速度相對(duì)很小，可以忽略不計(jì)，所以，合成角速度幾乎分布在o-xy面內(nèi)。2 夾具中球的運(yùn)動(dòng)分析分析圖3中的角速度曲線可知，隨著時(shí)間變化曲線無規(guī)律地上下波動(dòng)，說明球的運(yùn)動(dòng)沒有規(guī)律性，再看旋轉(zhuǎn)軸角度的正切值tan=wy/wx的變化。因?yàn)閣x、wy沒有規(guī)律地變化，所以，相應(yīng)的值是不確定的，也就是說球體可以自由旋轉(zhuǎn)。adams的運(yùn)動(dòng)軌跡仿真結(jié)

5、果如圖4所示。從圖4中可以看出，球體表面被均勻的色點(diǎn)覆蓋。這證明，利用這種夾具可以使球表面每一點(diǎn)等概率地暴露在等離子體中，以滿足對(duì)其均勻性的要求。3 陶瓷球鍍膜試驗(yàn)利用dlz-01型設(shè)備對(duì)陶瓷球表面鍍膜，陶瓷球1/4球冠暴露在等離子體中。因?yàn)榍蝮w不斷地?zé)o規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)，則暴露的球冠也在不斷變化，使整個(gè)球表面沉積上dlc膜。隨機(jī)選取膜厚為551.3 nm的陶瓷球2個(gè)，利用圓度測(cè)量?jī)x隨機(jī)測(cè)量球的4個(gè)不同位置， 其圓度值如表1所示。分析表1中的數(shù)據(jù)可知，同一顆球體在不同位置上的圓度相差很小，測(cè)量原始陶瓷球的圓度為0.06 ?m。比較相關(guān)數(shù)據(jù)后可得，在球體上鍍膜對(duì)球的圓度影響不大，也就是說，利用夾具對(duì)陶瓷球鍍膜，可以使球體表面均勻地沉積dlc膜。4 結(jié)論綜上所述，幾何分析了夾具模型，并用運(yùn)動(dòng)學(xué)軟件adams仿真了球的運(yùn)動(dòng)情況，不論是從對(duì)