滾動軸承疲勞壽命的影響因素

徐鶴琴，汪久根，王慶九

（浙江大學(xué)機械工程學(xué)院，杭州 310027）

近年來，通用機械零部件的摩擦學(xué)設(shè)計得到廣泛關(guān)注，滾動軸承是應(yīng)用最廣泛的機械零部件之一，隨著數(shù)值計算技術(shù)和方法的發(fā)展，計算模擬和模擬試驗已廣泛用于滾動軸承的摩擦學(xué)研究和產(chǎn)品設(shè)計。滾動軸承的摩擦學(xué)設(shè)計有正向和反向2種思路［1］。

滾動軸承的性能對機械系統(tǒng)的性能有重大影響，然而影響滾動軸承疲勞壽命的因素眾多，如工作溫度、沖擊載荷、可靠性、材料、使用條件、極限轉(zhuǎn)速、表面粗糙度、夾雜物、壓痕、潤滑狀態(tài)、徑向游隙、偏斜、疲勞裂紋誘導(dǎo)應(yīng)力、切向摩擦力、殘余應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力、表面處理等［1-2］，這些因素相互影響，加之疲勞壽命試驗的非重復(fù)性，影響因素尚難以準(zhǔn)確地定量描述。

擬全面討論影響滾動軸承疲勞壽命的因素，以期通過控制這些因素來提高滾動軸承的疲勞壽命，為高可靠度、長壽命的滾動軸承設(shè)計提供思路。

1 可靠度

高可靠度下二參數(shù)Weibull分布的壽命模型低估了軸承的疲勞壽命［3］。針對高可靠度的軸承壽命理論，將失效前的最小壽命作為第三參數(shù)γ，導(dǎo)出了一個三參數(shù)的Weibull壽命分布函數(shù)［4］。

對于特定的應(yīng)用，需要為90%以外的可靠度指定壽命。

GB／T 6391—2010通過引入修正系數(shù) a1和aISO，對額定壽命進(jìn)行了修正［5］，即

Lnm＝a1aISOL10。

2 溫度

溫度變化影響潤滑油的黏度，通過改變油膜厚度進(jìn)而影響軸承的潤滑特性［6］。高溫會導(dǎo)致軸承材料的硬度降低，對應(yīng)用于航空工業(yè)的軸承，溫度的影響尤為明顯。溫度還影響材料維持彈性響應(yīng)的能力［7］。滾動接觸疲勞引起的材料退化會縮短彈性響應(yīng)階段，退化時間是最大載荷應(yīng)力、材料特性和運行溫度的函數(shù)。在循環(huán)載荷作用下，關(guān)鍵是盡可能長地維持該階段的彈性響應(yīng)以延長軸承壽命，溫度升高會加劇回火馬氏體的碳擴散，使彈性響應(yīng)階段縮短。

為了降低高溫對軸承壽命的影響，應(yīng)選擇具有良好黏溫性能的潤滑劑，以提高潤滑材料的熱穩(wěn)定性及軸承零件材料的抗回火穩(wěn)定性。

3 潤滑狀態(tài)

根據(jù)潤滑狀態(tài)可將滾動接觸分為4種情況：彈性流體動壓潤滑、混合潤滑、干摩擦、接觸表面間存在污染物顆粒［8］。

軸承潤滑和添加劑都對疲勞壽命和磨損有一定的影響。滾動軸承工作時的膜厚比常處于0.5～3.0之間，為混合潤滑狀態(tài)，即部分膜彈流潤滑［8］。影響流體動壓潤滑的因素有楔形項、黏度梯度項、密度梯度項、伸長項、微峰承載以及熱彈變形等。

目前潤滑理論的研究有多相流的潤滑脂分析、非線性本構(gòu)關(guān)系與摩擦化學(xué)結(jié)合的研究，新的潤滑技術(shù)仍在進(jìn)一步發(fā)展之中。在變速、變載和變向等條件下，潤滑油的黏度提高25%左右，在軸承設(shè)計中可以利用這一特性。

3.1 潤滑膜厚度

文獻(xiàn)［9］進(jìn)行的滾動軸承耐久試驗表明，潤滑油膜厚度對疲勞壽命具有顯著影響。潤滑油膜的潤滑效果取決于潤滑油膜相對厚度。文獻(xiàn)［1］用膜厚比Λ來表示潤滑對軸承疲勞壽命的影響。文獻(xiàn)［6］將疲勞壽命減少量描述為一個膜厚比函數(shù)的統(tǒng)計學(xué)表達(dá)。

滾動軸承在完全流體潤滑的情況下達(dá)到最長壽命，此時滾動接觸的金屬表面被潤滑劑完全分開。然而在一定的工況（低速、極高載荷、高溫）下只能建立起薄的、部分潤滑油膜，金屬之間發(fā)生接觸，出現(xiàn)粘著，局部不可避免地出現(xiàn)較高的法向和切向應(yīng)力，使壽命大大減少。

文獻(xiàn)［10］在壽命模型中考慮了膜厚／綜合粗糙度比和粗糙峰銳度量對表面缺陷的影響，膜厚／綜合粗糙度比也會影響有效牽引系數(shù)。文獻(xiàn)［11］進(jìn)行了彈性流體動壓力分布峰值對應(yīng)力場和滾動壽命影響的參數(shù)化研究，結(jié)果表明，壓力峰高度、半寬和滑動牽引系數(shù)增加，或者壓力峰數(shù)量減少，將導(dǎo)致近表面應(yīng)力場增加，滾動壽命降低。

3.2 潤滑劑清潔度

3.2.1 污染顆粒（磨粒污染）

大量的試驗結(jié)果表明污染顆粒會顯著降低軸承的疲勞壽命。文獻(xiàn)［12］研究了潤滑劑中碎屑的類型和尺寸對軸承表面壓痕形成的影響。韌性和硬度不同的碎屑，造成的表面損傷形式差別很大。此外，存在一個臨界碎屑縱橫比，決定碎屑能否損傷接觸表面。由不同尺寸、同等硬度的碎屑造成的壓痕，會產(chǎn)生相同的次表面應(yīng)力。以壓痕形式出現(xiàn)的表面缺陷會導(dǎo)致疲勞壽命降低，而非連續(xù)存在的污染物。

外來顆粒會使軸承壽命大幅降低。與用于加速壽命試驗的高載荷相比，污染物的影響相對較小，故其對壽命的影響往往被低估。疲勞裂紋在損傷表面，尤其是在滾動接觸零件上的污染物顆粒壓痕的周圍發(fā)展。后續(xù)的循環(huán)接觸導(dǎo)致裂紋朝最高等效應(yīng)力區(qū)域擴展，最終導(dǎo)致材料的麻點和剝落［13］。

與沒有考慮這些因素的DIN／ISO壽命相比，潤滑良好的清潔滾動零件，其壽命對于接觸應(yīng)力變化的反應(yīng)不同（圖1）。從圖1可以看出，較小的載荷變化可能使高清潔度下潤滑良好的軸承壽命產(chǎn)生較大的變化。

3.2.2 水對潤滑劑的污染

當(dāng)潤滑劑中出現(xiàn)0.01%的水時，表面疲勞壽命會嚴(yán)重降低。文獻(xiàn)［14-15］提出毛細(xì)凝聚假說：溶解的水壓入表面微裂紋，形成微毛細(xì)管，在裂紋中導(dǎo)致水腐蝕和氫脆，和動壓力一起，減少裂紋擴展到臨界尺寸的時間。水能將碳?xì)錆櫥瑒┖徒饘俦砻嫘纬傻哪Σ辆酆衔飶慕饘俦砻嬉瞥?，并與新露出的表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增大磨損量。

文獻(xiàn)［16］以實物軸承為試驗對象，研究海水對疲勞壽命和失效分布的影響。將海水作為污染物加到潤滑油中時，發(fā)現(xiàn)角接觸球軸承的疲勞壽命大幅降低。失效分布從球的失效轉(zhuǎn)化為內(nèi)外圈溝道失效，這是因為內(nèi)外圈纖維方向各向異性，海水對內(nèi)外圈的影響比球大。

前面所做的工作是研究溶解水和懸浮水對軸承疲勞壽命的共同影響。針對潤滑劑中的溶解水，文獻(xiàn)［17］以圓錐滾子軸承為試驗對象，評估了不同潤滑劑的吸水性能及其對疲勞壽命的影響。

潤滑劑還會從軸承所處的潮濕空氣中吸收水分，文獻(xiàn)［18］綜述了環(huán)境濕度和水對摩擦、磨損及潤滑的影響，水對金屬磨損的影響要比摩擦的大。在潤滑接觸中，水能夠通過改變潤滑劑和邊界膜的化學(xué)性質(zhì)，增加滾動體麻點。水影響疲勞壽命的3個主要方面是裂紋擴展、與滑動表面反應(yīng)以及改變磨損碎屑形成的聚合層。

3.3 潤滑化學(xué)效應(yīng)

化學(xué)效應(yīng)對滾動軸承材料接觸疲勞壽命有影響。文獻(xiàn)［19-21］將潤滑劑基礎(chǔ)劑、添加劑和接觸表面材料的化學(xué)組分作為最大的化學(xué)變量，研究潤滑劑基礎(chǔ)劑和添加劑的化學(xué)性質(zhì)對疲勞壽命水平、應(yīng)力／壽命指數(shù)和Weibull分布斜率的影響，潤滑劑化學(xué)性質(zhì)的影響隨著應(yīng)力和滑動率變化，在其研究中的試驗條件下，并沒有檢測到濕度對疲勞壽命的顯著影響。

3.4 小結(jié)

綜上所述，除了通過增大膜厚比改善軸承的潤滑狀態(tài)，還有以下措施：

1）提高軸承系統(tǒng)的密封性能以抵抗外來顆粒的污染，針對運行過程中產(chǎn)生的磨粒，對潤滑油進(jìn)行過濾，以減小潤滑油中磨粒的尺寸和數(shù)量。

2）降低環(huán)境濕度，在油中加入抑水性添加劑以降低潤滑劑中水的溶解量。

3）各向同性表面受水的影響要小于各向異性表面，在選擇表面加工工藝時使重要加工表面各向同性。

4）根據(jù)軸承工作的載荷和速度選擇化學(xué)性質(zhì)合適的潤滑劑。

4 表面粗糙度

用光彈技術(shù)測量Hertz接觸中粗糙峰下的切應(yīng)力，結(jié)果表明，可以用材料疲勞分析的傳統(tǒng)強度解釋粗糙峰的持久極限和表面疲勞損傷［22］。

文獻(xiàn)［23］分析了接觸表面摩擦牽引力和表面粗糙峰斜率對用于表面和次表面起源剝落的失效風(fēng)險函數(shù)的影響，提供了一個精確預(yù)測滾動接觸疲勞的數(shù)學(xué)模型。大粗糙峰斜率的主要影響是增加表面危險微麻點。文獻(xiàn)［24］觀察了麻點試驗中的裂紋。在接近麻點疲勞極限載荷條件下的麻點試驗結(jié)果表明，盡管通過跑合增加了微觀幾何一致性，粗糙峰接觸的嚴(yán)重程度控制了表面層的應(yīng)力集中并對疲勞極限起著主要影響，還認(rèn)識到了機械加工痕跡的方向?qū)α鸭y擴展的影響。

由于粗糙峰的尺寸小，粗糙峰變形模式是彈塑性的。文獻(xiàn)［25］對彈塑性粗糙峰微接觸行為的規(guī)模效應(yīng)進(jìn)行了理論研究，以離散位錯的形式描述了接觸塑性變形。研究二維粗糙峰微觀接觸發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粗糙峰尺寸減小到與典型顯微結(jié)構(gòu)的尺寸相差無幾時，接觸塑性變形將越來越困難，最終不可能發(fā)生。

文獻(xiàn)［26］使用膜厚比評估表面粗糙度對滾動軸承壽命的影響和粗糙度變化導(dǎo)致壽命估計不準(zhǔn)確。用表面織構(gòu)測量儀器和掃描電子顯微鏡檢測表面織構(gòu)的改變。中等和低水平的膜厚比下，軸承跑合過程的初始階段表面織構(gòu)出現(xiàn)了重大變化。

文獻(xiàn)［27］代替經(jīng)驗法預(yù)測薄膜潤滑條件下的壽命，并說明了強化表面處理的軸承壽命長于標(biāo)準(zhǔn)表面處理軸承的原因。試驗前后強化處理的表面比標(biāo)準(zhǔn)處理的表面光滑，表面形貌更好。表面形貌對疲勞、剝落和擦傷的失效形式有很大影響，尤其是運行在混合或邊界潤滑狀態(tài)下。

減小粗糙峰高度、斜率，以及進(jìn)行表面強化處理均能夠降低軸承表面疲勞失效的概率、提高軸承疲勞壽命。實際零件間接觸情況與彈性接觸模型的計算結(jié)果有較大誤差，應(yīng)采用彈塑性接觸模型來分析。

5 材料

滾動軸承材料主要采用高碳鉻軸承鋼。各國所用軸承鋼的化學(xué)成分基本相同，大體上含碳1%、含鉻1.5%。軸承鋼一般在正火、退火后加工為套圈，然后進(jìn)行淬火和回火。添加硅可提高軸承鋼抗回火軟化能力，減小磨削過程中表面殘余應(yīng)力，改善早期疲勞剝落。氧化物夾雜對接觸疲勞產(chǎn)生負(fù)面影響，易使不能塑性變形的氧化物夾雜與材料基體之間產(chǎn)生局部間隙，引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致產(chǎn)生疲勞裂紋［28］。

5.1 鋼材成分和冶煉工藝

自從1960年真空脫氣鋼在美國推廣以來，軸承鋼的冶煉技術(shù)不斷得到改進(jìn)，耐疲勞能力顯著提高。軸承材料和設(shè)計的進(jìn)步提高了航空軸承的性能和可靠性壽命［29］。20世紀(jì)60年代，鉬基工具鋼AISIM50用于飛行器渦輪發(fā)動機軸承，完全硬化M50材料作為航空軸承鋼可用在更高的運行溫度下。為提高軸承速度，80年代開發(fā)出了表面硬化M50NiL材料。Cronidur 30鋼具有優(yōu)良的抗腐蝕性、熱硬度以及較長的壽命。軸系的集成設(shè)計減少了組件數(shù)量，獲得了更好的性能和高可靠度。

陶瓷材料，尤其是氮化硅，在軸承中得到了廣泛的應(yīng)用。熱等靜壓成形粉末冶金氮化硅用于制造高性能全陶瓷或混合鋼／陶瓷滾動軸承［30］。與傳統(tǒng)的鋼軸承相比，氮化硅軸承在滾動接觸疲勞壽命方面展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，材料的低密度大大減少了在高速時球／溝道接觸的動載荷，如機床主軸和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。在惡劣的潤滑和磨損條件下使用氮化硅軸承，如極端溫度、大溫差、高速度、極端高真空和對安全性要求苛刻的應(yīng)用中。氮化硅軸承還有抗腐蝕性和抗污染等優(yōu)點。混合軸承（鋼套圈和陶瓷滾動體）也應(yīng)用于高性能的軸系中。

5.2 殘余應(yīng)力

文獻(xiàn)［31］用一個單球測試裝備對AISIM50軸承的鋼球進(jìn)行滾動接觸疲勞試驗，研究在接觸疲勞的過程中初始?xì)堄鄳?yīng)力對材料力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)演變的影響。在滾動接觸疲勞加載以后，有初始?xì)堄鄩簯?yīng)力的球表現(xiàn)出的材料性能變化更小。表面殘余壓應(yīng)力可抑制疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴展速度，從而延長軸承疲勞壽命。加工工藝的選擇應(yīng)使軸承零件表面有殘余壓應(yīng)力，例如采用鋼球的沖擊硬化工藝。

5.3 熱處理工藝

熱處理工藝是決定金相組織的重要因素，從而對疲勞壽命有著重要影響［28］。馬氏體的含碳量在0.45%～0.5%時，軸承零件的疲勞壽命最長。顆粒粗大的碳化物對軸承疲勞壽命有不利的影響。為了延長軸承壽命，要求碳化物粒度細(xì)小、形狀圓滑、分布均勻。軸承零件的硬度若低于60 HRC，接觸疲勞壽命將顯著下降；表面變質(zhì)層通常會降低軸承零件的接觸疲勞壽命。

5.4 硬度差

滾動體表面與滾道表面之間的硬度差影響軸承疲勞壽命。文獻(xiàn)［32］探究組件硬度差異及其對軸承疲勞的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)軸承滾動體硬度比滾道硬度高出1～2 HRC時，軸承壽命最長，承載能力最大。軸承零件硬度差、引入的殘余壓應(yīng)力和疲勞壽命之間存在相關(guān)性，當(dāng)滾動體硬度稍大于滾道時，殘余壓應(yīng)力顯著增加，從而使軸承的疲勞壽命提高。但是沒有考慮不同硬度組合、接觸溫度、塑性變形和磨損量對軸承疲勞壽命的影響。

5.5 夾雜物

文獻(xiàn)［33］對軸承鋼彎曲疲勞試驗試件破裂部分的觀察發(fā)現(xiàn)，起始失效點與表面下非金屬夾雜物有關(guān)（圖2）。在試件斷裂部分的夾雜物周圍觀察到了魚眼形狀的疲勞裂紋。載荷循環(huán)次數(shù)取決于夾雜物類型和數(shù)量［8］。

圖2 壽命隨鋼材潔凈度的變化Fig.2 Variation of life with cleanliness of steel

對軸承鋼的性能進(jìn)行更準(zhǔn)確的評估需要對非金屬夾雜物的材料應(yīng)力進(jìn)行微觀分析，一些類型的夾雜物可能在邊界形成拉伸應(yīng)力，從而影響熱傳遞。在非金屬夾雜物的邊界區(qū)域可能存在亞微觀小裂紋，夾雜物的強度和韌性也會影響材料的強度。夾雜物在鋼的生產(chǎn)過程中是無法完全避免的，其性質(zhì)對材料性能的影響取決于該材料具體的工作條件。

5.5.1 夾雜物的類型

夾雜物有各種不同的形態(tài)和類型，其邊界條件、硬度、脆性、殘余應(yīng)力和內(nèi)部缺口效應(yīng)對于滾動接觸疲勞行為都有重要影響。軸承鋼中的鋁酸鈣夾雜物呈球形。碳氮化鈦是另一種重要的夾雜物類型，呈矩形并有鋒利的邊緣。

5.5.2 由擾亂的力流導(dǎo)致的內(nèi)部缺口效應(yīng)

夾雜物與基體的彈性性能差別擾亂了力流，如一個彈性模量高于基體的硬夾雜物，因為能夠吸引力流而對基體起到支援作用。而對于彈性模量小于基體的軟夾雜物，一些力繞過了夾雜物，使周圍基體中的應(yīng)力增大。夾雜物模型的光彈試驗如圖3所示［8］，固定線載荷垂直加載于該模型，夾雜物周圍基體中復(fù)雜且不均勻的應(yīng)力清晰可見。

圖3 夾雜物模型周圍應(yīng)力狀態(tài)的光彈描述Fig.3 Photoelastic presentation of stress condition around inclusion model

文獻(xiàn)［34］研究初始材料缺陷（如夾雜物和彈性模量不均勻性）對疲勞壽命的影響。結(jié)果表明，材料缺陷導(dǎo)致疲勞壽命明顯降低，壽命離散性增加。夾雜物導(dǎo)致由彈性模量不協(xié)調(diào)引起的局部應(yīng)力集中，在奇異點的周圍產(chǎn)生了塑性變形，并因此成為裂紋萌生點，最終的疲勞壽命是夾雜物深度和面積的函數(shù)。

文獻(xiàn)［35］把夾雜物當(dāng)作均勻材料基體中的不同質(zhì)，運用離散單元模型，研究了夾雜物尺寸、位置、方向和彈性性質(zhì)對次表面應(yīng)力場的影響。發(fā)現(xiàn)彈性模量大于或者小于基體材料的夾雜物都會引起應(yīng)力集中。大彈性模量夾雜物的應(yīng)力集中效果大于小彈性模量夾雜物，夾雜物尺寸越大，產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)越高。方向與表面垂直的夾雜物導(dǎo)致的Misses應(yīng)力比方向與表面平行的夾雜物高得多；表面下深處的夾雜物對最大Misses應(yīng)力的影響很小。

通過改進(jìn)加工工藝減少夾雜物數(shù)量，尤其是近表面的夾雜物密度，能夠減小裂紋的萌生概率。軸承材料中應(yīng)當(dāng)盡量避免大顆粒夾雜物且方向應(yīng)盡量與接觸表面平行。

6 載荷分布

滾動軸承的疲勞壽命在很大程度上取決于最大滾動體載荷Qmax，若Qmax顯著增大，疲勞壽命就會明顯降低。因此，任何影響Qmax的因素，同樣也會影響軸承的疲勞壽命［1］。為了延長疲勞壽命，滾動軸承滾道上每單位長度的接觸載荷應(yīng)保持一致。潤滑劑的清潔度、軸承轉(zhuǎn)速、角偏差、游隙、殼體和轉(zhuǎn)軸剛度、載荷類型和熱梯度等都會影響滾動軸承的載荷分布。

文獻(xiàn)［36］研究了游隙對軸向加載的深溝球軸承和圓柱滾子軸承載荷分布和疲勞壽命的影響，導(dǎo)出了壽命因子-游隙曲線。當(dāng)存在一個小的負(fù)游隙（過盈）時，球的載荷分布得到了優(yōu)化，軸承壽命最長。壽命隨游隙的增加緩慢降低，隨著負(fù)游隙值增加迅速降低。游隙對滾動軸承載荷分布和疲勞壽命的影響隨球的尺寸變化，而非軸承內(nèi)徑或者節(jié)圓直徑。

為了避免由于安裝誤差或者重載導(dǎo)致嚴(yán)重的高邊緣應(yīng)力，可為滾道外形設(shè)計適當(dāng)?shù)耐苟纫垣@得更長的疲勞壽命。文獻(xiàn)［37］使用圓錐滾子軸承進(jìn)行了疲勞壽命試驗研究以證明凸度的有效性。有控制凸度的軸承疲勞壽命要比有單圓弧凸度的軸承長2～8倍。

提高潤滑劑的清潔度、軸承的安裝精度、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度、選擇合適的游隙值，以及對滾道或滾動體進(jìn)行修形，均能夠改善軸承的載荷分布，從而提高軸承的壽命。

7 環(huán)向應(yīng)力

研究發(fā)現(xiàn)，軸與內(nèi)圈的過盈配合會顯著地減小軸承疲勞壽命。文獻(xiàn)［38-39］將環(huán)向應(yīng)力疊加在由軸向載荷導(dǎo)致的Hertz初始應(yīng)力上，并基于零初始間隙計算滾子軸承疲勞壽命。特定過盈配合下，不同種類的軸承壽命減小量不同。用壽命因子表示疲勞壽命的減小量，過盈配合的過盈量越大，壽命因子越小（壽命越短）。盡管孔上的接觸面應(yīng)力明顯不同，對于特定的配合，內(nèi)徑尺寸一定的不同系列軸承的過盈配合壽命因子幾乎相同。過盈配合同樣影響最大Hertz應(yīng)力-壽命關(guān)系。

8 滑動

Lundberg-Palmgren計算滾動軸承額定壽命方法的前提為：所分析的軸承潤滑良好且運轉(zhuǎn)正常。即使?jié)L動軸承運轉(zhuǎn)良好，由于表面存在變形，接觸區(qū)內(nèi)仍然存在滑動和微觀滑移。

L-P方法在一定程度上是以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，在疲勞壽命公式中已經(jīng)考慮了這種接觸區(qū)內(nèi)的滑動和微觀滑移。但是滾動軸承運轉(zhuǎn)正常時不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，因而L-P方程對此未作考慮。打滑將會導(dǎo)致球公轉(zhuǎn)速度降低，從而減小鋼球的離心力和陀螺力矩。但球與溝道接觸處的打滑對疲勞耐久性產(chǎn)生很大的不良影響，可能會完全抵消由于慣性載荷減小產(chǎn)生的有益影響。接觸面上出現(xiàn)滑動時，表面除了存在法向應(yīng)力外，還會產(chǎn)生切應(yīng)力分量，由此產(chǎn)生較高的次表面應(yīng)力，降低疲勞壽命。因此，減少軸承接觸表面的滑動和微觀滑移可以提高疲勞壽命，而減少滑動和微觀滑移的一個有效方法是提高接觸表面的硬度。

9 考慮多種失效模式

滾動軸承疲勞壽命經(jīng)典的L-P理論基于假設(shè)［3］：滾動接觸的疲勞失效起源于接觸區(qū)域下正交切應(yīng)力最大的深度處。然而隨著軸承制造工藝的發(fā)展，起源于表面的疲勞失效模式較表面下疲勞失效模式出現(xiàn)得更為頻繁。裂紋萌生有3種機制：起源于表面的裂紋萌生、起源于近表面的裂紋萌生和材料基體中的裂紋萌生［40］。

起源于表面的麻點和表面下起源的剝落壽命是競爭的失效模式，被預(yù)測為膜厚比、粗糙峰斜率均方根值和邊界潤滑粗糙峰接觸中的牽引系數(shù)的函數(shù)。

10 結(jié)束語

隨著高速鐵路和航空工業(yè)的發(fā)展，對于軸承高可靠度的要求越來越多，同時軸承應(yīng)用環(huán)境溫度變化較大，有必要深入研究可靠度與溫度的耦合作用。

滾動軸承材料仍在發(fā)展之中，有必要探索零件的表面完整性與表面疲勞麻點之間的關(guān)系，在微觀尺度上揭示零件表面完整性和潤滑效應(yīng)對疲勞麻點的影響。另一方面，結(jié)合載荷特性以及材料的動態(tài)響應(yīng)來研究剝落失效，分析軸承材料對外界載荷的動態(tài)響應(yīng)，研究疲勞性能與材料性能之間的耦合關(guān)系，獲取材料動態(tài)響應(yīng)與表層疲勞剝落的關(guān)系。

對于其他影響軸承疲勞壽命的因素，例如潤滑劑和添加劑、表面粗糙度、環(huán)向應(yīng)力和界面滑動等，也需要綜合地研究，如建立數(shù)據(jù)庫和研發(fā)軟件包，實現(xiàn)潤滑劑和軸承材料的自動分析與選擇，這也是未來發(fā)展方向之一。

對影響軸承滾動接觸疲勞的因素進(jìn)行分析，有助于更好地理解軸承疲勞失效的機制。一方面可以盡量避免產(chǎn)生降低軸承壽命的因素，提高軸承的疲勞壽命；另一方面，可以為疲勞壽命理論的發(fā)展提供一定的指導(dǎo)，以期提高軸承疲勞壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性。