不同服役工況條件下圓錐滾子軸承磨損研究

關(guān)鍵詞：圓錐滾子軸承；磨損深度；接觸壓力；滑動速度；工況條件

中圖分類號：TH117. 1 DOI： 10. 16579/j. issn. 1001. 9669. 2025. 01. 014

0引言

圓錐滾子軸承是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部件，能夠適用于各種復(fù)雜載荷工況，在各類旋轉(zhuǎn)設(shè)備中廣泛應(yīng)用。磨損是滾動軸承失效的主要形式之一，顯著影響滾動軸承的服役壽命。

關(guān)于軸承磨損，學(xué)者們開展了諸多有價值的研究工作。SHEN等［1］應(yīng)用經(jīng)典的Archard磨損模型［2］設(shè)計(jì)了磨損模擬程序，該程序可以用于分析球面滑動軸承的磨損特性。JANAKIRAMAN 等［3］基于接觸公式和Archard磨損方程，建立了點(diǎn)接觸磨損模型，通過試驗(yàn)確定不同載荷、轉(zhuǎn)速和潤滑劑溫度等因素下的磨損深度，研究表明潤滑劑壓力黏度系數(shù)對磨損影響最大。EL-THALJI等［4］對軸承磨損演化過程進(jìn)行建模，該模型能夠描述滾動軸承在整個磨損壽命期間內(nèi)的磨損演化過程。盧建軍等［5］對自潤滑向心關(guān)節(jié)軸承摩擦磨損性能進(jìn)行研究，并提供新的軸承服役壽命計(jì)算方法。張宇等［6］推導(dǎo)了角接觸球軸承磨損深度模型，計(jì)算了軸承內(nèi)外滾道的磨損深度，探究各種因素對主軸系統(tǒng)中球軸承磨損的影響規(guī)律。YANG等［7］研究了主軸系統(tǒng)中軸承套圈安裝角偏移對角接觸球軸承磨損的影響。劉良勇等［8］基于軸承擬靜力學(xué)模型和磨損理論建立了軸承磨損壽命估算模型，研究表明，隨著預(yù)緊力和溝道曲率半徑增大，軸承磨損壽命先增大后減少。寧峰平等［9］基于擬靜力學(xué)模型和磨損模型，分析軸承內(nèi)圈不同角度位置的磨損狀況隨軸向力、徑向力和磨損時間的演化規(guī)律。季春云等［10］以全因子設(shè)計(jì)的方法，研究在干摩擦條件下載荷與轉(zhuǎn)速對摩擦因數(shù)及磨損量的影響，表明轉(zhuǎn)速對摩擦因數(shù)的影響更為顯著。

軸承磨損問題的研究吸引了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，但總體而言，大部分的工作主要集中于點(diǎn)接觸軸承的磨損研究，對于線接觸圓錐滾子軸承磨損研究還比較少。因此，對于圓錐滾子軸承磨損分布特征還缺乏比較深入的認(rèn)知。為避免直母線形式的圓錐滾子端部與滾道接觸應(yīng)力集中導(dǎo)致的圓錐滾子軸承過早疲勞失效問題，圓錐滾子母線通常做修形處理，這導(dǎo)致滾子與滾道在接觸線上的滾動速度不同，產(chǎn)生了相對滑動，在潤滑不良的條件下，能夠引起圓錐滾子軸承磨損的產(chǎn)生。圓錐滾子軸承的磨損，一方面增大了軸承的間隙，引起接觸載荷重新分布，影響軸承運(yùn)行狀態(tài)；另一方面，滾子與滾道接觸線較長，接觸線上接觸壓力分布不均，這通常能夠?qū)е陆佑|線上非均勻的磨損深度，進(jìn)一步復(fù)雜化滾子與滾道的接觸狀態(tài)，必然對圓錐滾子軸承服役帶來不利的影響。因此，開展圓錐滾子軸承磨損研究極其必要，是進(jìn)一步開展磨損狀態(tài)下軸承服役壽命與動態(tài)響應(yīng)研究的基礎(chǔ)。

本文針對圓錐滾子軸承在3種不同工況下的磨損問題開展系統(tǒng)的研究，探究磨損演化規(guī)律。為實(shí)現(xiàn)上述目的，首先，建立圓錐滾子軸承擬靜力學(xué)模型和軸承滾道與滾子磨損深度計(jì)算模型；其次，基于擬靜力學(xué)模型和磨損模型，研究了不同載荷和速度工況條件下圓錐滾子軸承滾子與滾道的接觸壓力、相對滑動速度和磨損深度分布特征，對比分析了不同工況參數(shù)對軸承磨損的影響規(guī)律；最后，給出了一些重要結(jié)論。