滚动轴承微动磨损的影响因素

第17卷第2期2001年6月机械设计与研究

M achine Design and Research Vol.17No.2June.,2001

文章编号:1006 2343(2001)02 058 02

滚动轴承微动磨损的影响因素

裴礼清1; 杨建中2

(1.上海应用技术学院,上海 200433;2.上海大学,上海 200072)

摘 要:在油脂润滑条件下,对深沟球轴承在不同的摆动角度和不同的负荷下的微动磨损进行了研究,其结果,轴的摆动角度对磨损有极大的影响,虽然摆动角度小于1 时磨损速度较低,但当摆动角度超过1 后磨损急剧增大。这种倾向表现出犹如在重载荷时那么显著。这一现象可以用差动滑动和切向力滑动而求出的 的大小及其分布形态加以说明。

关键词:滚动轴承;微动磨损;影响因素

中图分类号:T H 117;TH 133.3 文献标识码:A 收稿日期:2000 11 27

本文就滚动轴承微动磨损的机理以及涉及微动磨损的诸因素(特别是轴的摆动角度、负荷及重复次数)的影响进行了研究,利用文献[1]中的分析方法考察上述研究结果。

1 实验

本实验仍使用文献[1]中的试验机,试件为中国轴承厂6104深沟球轴承,下表列举了主要的实验条件,由于试验机的对称性,表中的负荷为一个轴承的负荷值。实验在常温下进行,采用油脂润滑。

负荷(N)980196029403920重复次数(106)2468摆动角度(度)0.6830.941 1.197 1.453相对转动距离(mm)

0.094

0.130

0.166

0.201

图1 损伤的评价方法

2 微动磨损量的评价方法

对于微动磨损量的评价,由于磨损量极小,定量计量很困难,所以这里考虑以内、外圈及滚动体产生的实际损伤区域宽度b 较之理论计算得到的动态接触宽度B(约等于静态接触宽度C S +相对转动距离D S )在宽度方向上增加多少。

将其增加率作为评价磨损量的参数,用 B 表示: B =

b -B

B

!100%图1表示了此种评价方法。

3 实验结果

3.1 切向力滑动与差动滑动的损伤

图2显示了在小摆动角度条件下施加载荷时,内圈上产生的损伤其滑动区

域和粘着区域的分布与文

献[2]中理论分析的切向力滑动结果非常吻合(图2b 中黑色部分为滑动区),表明在摆动角度较小时切向力滑动导致的损伤更为显著。

图3显示了一例摆动角度较大时,内圈上产生的损伤与理论计算差动滑动的滑动区域大致对应。另外,纯滚动的位置(图中A-A 处),与差动滑动理论分析所得到的纯滚动位置相一致。由此可见,摆动角度较大的场合,差动滑动的反

复进行就成为微动磨损的主要原因。

负荷为1470N 摆动角度为0.1 重复次数为107 脂润滑

(

a)

(b) (摩擦系数f =0.6)

图2

内圈上切向力滑动的损伤情况

负荷为1470N 摆动角度为0.94 重复次数为107 脂润滑

(

a)

(b) (摩擦系数f =0.6)

图3 内圈上差动滑动的损伤情况

第2期

裴礼清等:滚动轴承微动磨损的影响因素 59

3.2 内、外圈的损伤

图4显示了内、外圈上生成的有代表性的损伤实例,从内圈来看,损伤区中金加工的痕迹已看不出,可见已生成较深的磨损。而外圈上的损伤区还残留着金加工的痕迹,说明

外圈上生成的损伤没有内圈严重。

(a) 外圈 (b) 内圈

图4 内、外圈上的损伤

图6 重复次数对损伤的影响

3.3 微动磨损的影响因素3.3.1 摆动角度与负荷

由于内圈的损伤较外圈的损伤要激烈,以下主要以内圈损伤对滚动轴承微动磨损的各因素进行讨论。

图5表示了在不同的负荷和轴的不同摆动角度下对内圈损伤增加率的影响。由图可见,摆动角度对微动磨损有很大的影响,摆角较小时(1 以下),损伤增加率限于30-60%,摆角较大时,损伤率激增,在大负荷下尤为显著。

另外,损伤增加率也随负荷的增加而增加,但在小摆角场合,负荷的影响较小。如果摆角不变,负荷增加时,损伤增

加率有趋于饱和的倾向。

图5 摆动角度、负荷与损伤增加率的关系

3.3.2 重复次数

图6显示了轴承内、外圈损伤增加率与摆动次数的关系,可见内圈的损伤两端要比中部的增加率大,并且其上升速度在初期比较激烈。另外,外圈的损伤增加率比内圈要小得多。

图7是文献[1]中所述方法对由内圈/滚动体与外圈/滚动体接触面的差动滑动引起的 的最大值进行比较的结果,其中 为接触面上的切向应力, 则为接触面上的相对滑动量, 的乘积可看作在摩擦面上单位面积的能量损失。由图可见,内圈/

滚动体接触部

(a ) 内圈与滚动体 (b) 外圈与滚动体

图7 内、外圈与滚动体差动滑动 值的比较

的 值远远大于外圈/滚动体之 值。随着轴的摆动角度减小,接触部中央附近的 急剧下降,而且 的峰值也向

两端移动。

图8 内外圈/滚动体切向力

滑动 值的比较

图8为切向力滑动内圈/滚动体与外圈/滚动体接触面 的最大值进行比较的结果。内圈/滚动体接触面上的 值也比外圈/滚动体的大,而两者比值要比差动滑动的两者比值小。在摆动角度较大的场合,切向力滑动的

峰值与差动滑动在接触区域两端的 峰值,在同一切向力条件下要小。而在摆角非常小的情况下,两者大小关系逆转。这就意味着如果轴的摆角较大,则差动滑动成为微动磨损的主因,而摆角较小时,切向力滑动成为微动磨损的主因。

4 结论

以上就滚动轴承在油脂润滑条件下,不同的摆角、摆动次数及负荷对微动磨损的影响进行了考察,总结如下:

(1) 轴的摆角对微动磨损有极大的影响,摆角在1 以内,磨损速度较小,但超过该值后磨损急剧增加。这一倾向在大负荷下尤为显著。

(2) 内圈/滚动体间产生的磨损要比外圈/滚动体间产生的磨损激烈得多,且损伤的形态也不同。

(3) 虽然切向力滑动和差动滑动都与损伤有关,但在轴的摆角非常小时,切向力滑动为微动磨损的主因;随着摆角增大,差动滑动成为主因。

参考文献:

[1] 裴礼清,等.滚动轴承微动磨损研究[J].机械设计与研究,

2000,增刊.

[2] 裴礼清,等.滚动轴承的滚动体与内圈接触部分的相对滑动分

析[J].机械设计与研究,2000,(2):53~55.

[3] 何明鉴.机械构件的微动疲劳[M ].北京:国防工业出版社,

1994. 作者简介:裴礼清(1947-),讲师,从事教学、科研、项目设计。