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轴承微动损坏常见形式及其对轴承危害


[中崋轴承网] 2020/9/4 作者:中崋轴承网

轴承微动指的是将两个接触表面发生的极小幅度的相对运动称之为微动,轴承微动通常发生在发动机传动、热循环应力、疲劳载荷、电磁振动等工作情况下,轴承微动会造成接触表面摩擦磨损,引起零件咬合松动,功率损失,噪声增加等,也会造成加速疲劳裂纹的可能性,从而降低零件的疲劳寿命。为了大家对轴承微动损坏常见形式及其对轴承的危害情况,下面中华轴承网简称(华轴网)给大家做出了以下详细介绍。

1、、轴承微动损坏常见形式

实际上的轴承的微动状态十分复杂,一般根据简化的平面接触模型,按不同的相对运动方向,微动可以分为四种基本运动模式:切向式运动、径向式运动、滚动式微动、扭动式微动。

图1四种基本的微动模式图

在实际中,后三种微动经常出现或以两种及两种以上的微动方式复合出现。微动对轴承造成的损害主要有三种方式:轴承微动磨损、轴承微动疲劳、轴承微动腐蚀。

其中轴承微动磨损是由于外界振动引起接触表面的相对位移,接触件承受了大量的局部接触载荷,从而造成轴承中钢球和滚道部位的磨损;轴承微动疲劳是指轴承承受了疲劳交变应力而引起的微动,造成了轴承接触面的损伤。轴承微动腐蚀是指轴承在雨水、腐蚀性气体等环境中使用,在腐蚀性介质的作用下造成轴承接触面的损害。

角接触球轴承在承受法向交变载荷后,在内外轴承内外套圈滚道上留下“伪氏布压痕”的圆形凹坑状微动损伤。外圈上的微动磨损随载荷增大而减缓,随摆角增大而加重,随循环次数的增加而其磨损增幅减缓。

关节轴承由于在运动时发生微动磨损,从而造成机械手臂的松动或定位不准,从而降低了产品的质量及使用寿命。

2、轴承微动磨损及微动疲劳的破坏分布图

轴承微动磨损及微动疲劳是微动损害的两种最主要形式。通过对摩擦副两接触面的观测,在预应力作用下获得的材料响应图中,磨损区与裂纹区的分界线与普通的微动磨损相比,几乎处于同一位置。

图2预拉伸应力条件下的材料破坏响应图

在滑移区内磨屑的快速形成阻碍了裂纹的发展,裂纹区与无损伤区的分界线明显向部分滑移区移动,裂纹扩展的长度和方向与普通的微动磨损相同。

在部分滑移区,根据测到的最大切向力(即摩擦力),并结合光学显微镜下观察得到的实际接触面的半径和粘着区的半径,我们可以根据Mindlin理论计算得到接触表面拉应力。与GoodmanSmith曲线类似,我们以外界预应力作为横坐标,表面最大拉应力与外界预应力之和作为纵坐标,得到在部分滑移区内预应力下微动磨损的应力一破坏分布图如图3所示。

图3微动磨损的应力一破坏分布图

轴承微动疲劳由两接触表面的相对运动是通过外界交变载荷变形而引起的。微动疲劳下的微动区域特性与微动幅度,接触压力等参数相关。

轴承微动磨损和微动疲劳都是由于微动造成的,微动磨损是由于外界强加造成的,微动疲劳是由于试件本身承受交变疲劳力导致变形引起的。

3、消除及预防微动对轴承损坏的措施

防止微动疲劳破坏最简单方法是消除振动源,但在工业生产中,振动源通常是不可避免的。因此只能采取措施减缓微动破坏,通常可以从三个方面人手来减缓微动损伤对轴承造成破坏。

3.1消除微动的滑移和混合区

由图4所示微动图理论,材料磨损和裂纹主要形成区位于微动的滑移区和混合区。可以通过增加压力(预紧力)和过盈程度来减小微动损伤,但法向压力的增加应以机构所承受的强度为限。但压力的增加也意味着接触应力加大,在振动环境下局部疲劳应力随之增大,增大了微动裂纹萌生的危险。

图4微动疲劳条件下的微动图

也可从改变机构设计人手,来减缓微动损伤对轴承造成的伤害。结构设计的更改改变接触区的压力分布、几何接触模式和接触面的刚度,从而改变了微动运行区域,有利于相对运动处于部分滑移区。

3.2增加接触表面强度

可以通过物理(激光冲击、离子注入等改变表层微观结构的硬化技术)、化学(渗碳、渗氮等表面硬化方法)、机械(表面喷丸[3、滚压等增加表面残余应力的方法)等工艺手段,改变轴承滚动体及滚道的组织结构和成分,从而提高轴承滚动部位的耐磨和抗疲劳性能。表面改性技术对位于部分滑移区和混合区的微动是非常有效的,极大地提高了抗微动疲劳裂纹的能力。

3.3降低摩擦系数

减缓轴承微动损伤的另一个有效手段是降低摩擦系数,选用合适的润滑油或润滑脂。在轴承滚道上增加聚合物薄膜夹层或MoSS涂层J,增强滚道接触面的润滑特性,从而提高接触表面耐久性。同时选择合适的保持架材料,也可以很好的降低摩擦系数。在能满足结构强度的条件下,选择柔性较好、变形量大的材料能有效吸收相对滑动,从而产生减轻表面破坏的作用;选择硬度大、疲劳强度高的母体材料能有效地减轻微动的磨损及抑制裂纹的萌生和扩展;经过材料的合理选配,利用微动初期产生的少量第三体进行自润滑,也可达到减缓接触材料进一步损伤的目的。

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标签:润滑与维护

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