轴承作为支撑机械设备中旋转体的一种重要基础件零件,其套圈的表层性能是影响轴承运行可靠性和疲劳寿命的关键因素。超声滚压强化技术作为一种新兴的表面强化技术,可有效降低材料表面粗糙度并在表层预置一定深度的残余压应力,对轴承套圈的表面性能强化具有良好的适用性。本文通过理论分析、仿真模拟及正交试验法,对超声滚压强化在应用于轴承套圈时的一系列力学及相互作用关系问题进行研究。以轴承套圈材料42CrMo为研究对象,基于弹塑性力学理论和接触力学原理,宏观上将强化过程视为冲击载荷作用下的弹塑性接触变形行为进行研究,对超声滚压强化过程中滚压球与材料表面接触区的力学特性进行分析。基于赫兹接触理论,给出滚压球单次冲击时弹性变形区应力分布状态。根据材料塑性屈服准则,对进入塑性屈服阶段任一时刻的等效塑性应变进行分析。对超声滚压过程中的运动关系进行分析,结果表明滚压球的空间运动轨迹为螺旋线与正弦曲线的耦合曲线,并得出相应运动控制方程。滚压加工密度与工件转速及进给速度相关,滚压球单次冲击坑面积主要与振幅及静压力有关。滚压球与材料表面的相对滚动降低了接触摩擦力,有助于提高强化后表面质量。建立适用于超声滚压的材料本构模型,利用有限元仿真软件ABAQUS对超声滚压强化过程进行了模拟分析。结果表明,沿冲击方向的压应力在较浅的层深处达到峰值,而后沿深度方向逐渐降低为零并在材料基体演化为拉应力;静压力对冲击后表面塑性变形量影响最大,振幅对变形率产生影响使塑性变形程度更为剧烈。设计进行不同强化参数下的超声滚压试验,并利用XRD设备采集强化后表面残余应力数据,建立回归模型对各强化参数对表面残余应力的影响进行分析。结果与仿真分析基本相符,即静压力对强化后表面残余应力的影响最大,振幅通过动态冲击作用提高残余应力值,工件转速和进给速度通过影响加工密度对残余应力产生影响。