考虑涡动工况的高速滚动轴承打滑失效分析

打滑蹭伤是高速轻载滚动轴承经常发生的故障。在滚动轴承支承的高速转子系统中,常采用挤压油膜阻尼器(Squeeze film damper,SFD)来降低转子在超过临界转速时所产生的振动和噪声。挤压油膜阻尼器的存在对滚动轴承的打滑蹭伤必会产生影响,需要深入分析其影响机理以保障系统工作的可靠性。SFD通常是利用轴承在SFD结构中涡动来衰减振动。在基于轴承涡动轨迹假设基础上,建立涡动工况下的轴承滚动体运动学及动力学模型,分析不同外载荷、涡动半径、涡动频率等因素对轴承打滑的影响机理,完成挤压油膜阻尼器轴承的打滑失效分析。结果表明,在挤压油膜阻尼器轴承中,涡动的存在会对轴承的打滑产生不利影响;涡动的存在使得轴承的最小膜厚随时间振荡;增大外载荷、减小涡动频率和涡动半径都能改善轴承的运行工况。     

转速波动工况滚动轴承打滑动力学特性分析

滚动轴承实际运转过程中经常存在的转速波动现象,对滚动轴承的运行状态产生重要影响。基于Hertz接触理论和变形-位移相容条件建立滚动体与套圈的相互作用模型,采用非线性弹簧模拟滚动体与保持架间的相互作用,建立了转速波动工况下滚动轴承打滑动力学模型。通过与实验测试结果的对比,验证了所提出的动力学模型的正确性,并在此基础上分析了转速波动对滚动轴承打滑的影响及不同转速波动幅值、频率下滚动轴承的打滑特性。结果表明:轴承转速波动会造成保持架转速出现波动,导致轴承出现打滑,且滑动主要出现在滚动体与内圈之间;转速波动幅值对轴承打滑影响较大而频率影响较小。     

滚动轴承打滑蹭伤微观分析

为进一步认识滚动轴承打滑蹭伤机制,借助X射线光电子能谱仪(XPS)、俄歇电子能谱仪(AES)、能谱分析仪(EDX)和X射线衍射分析仪(XRD)等手段,对打滑蹭伤轴承内圈滚道蹭伤带表面进行微观分析。结果表明:打滑蹭伤轴承内圈滚道蹭伤带表面磨损严重,粗糙度较大且发生氧化磨损形成了FeO,这可能是由于滚动轴承打滑蹭伤瞬间滚子与内圈滚道间润滑油膜遭到破坏,使两者发生了干摩擦;蹭伤带表面组织发生马氏体向奥氏体转变,且蹭伤带表面C元素含量较高,这可能是由于蹭伤瞬间形成的较高闪温达到奥氏体化温度,使得轴承内圈滚道表面发生奥氏体相变,随后润滑油迅速冷却作用使得奥氏体来不及完全转变成马氏体;由于残余奥氏体具有比马氏体更强的溶碳性,因而蹭伤带表面C元素含量较高。     

圆柱滚子轴承打滑蹭伤的表面烧伤行为研究

为深入了解滚动轴承烧伤机制,采用滚动轴承试验机模拟圆柱滚子轴承烧伤,并通过聚焦离子束扫描电子显微镜、轮廓仪、金相显微镜及显微硬度仪对烧伤轴承滚子和内圈进行分析。结果表明:圆柱滚子轴承发生打滑蹭伤后,主轴转速继续增大,轴承会发生烧伤;烧伤轴承滚子和内圈磨损严重,且呈大小不等的剥落坑和微裂纹,打滑蹭伤造成的烧伤层是二次淬火层。     

高速轴承滑蹭试验台设计及动态特性分析

打滑蹭伤是制约高速滚动轴承工作性能和服役寿命的关键问题之一。高速轴承工作时往往还伴随高温、振动等严苛工作条件,开发高速轴承在高温、激振环境下的滑蹭模拟试验台有助于实验研究高速轴承在复杂工况下的打滑蹭伤机理。采用双电主轴分别驱动轴承内圈和滚动体试样,模拟在不同滑差率、径向载荷、转速、激振载荷、温度、润滑等工况条件下,轴承内圈与滚动体试样之间的动态接触。讨论了试验台工作原理和结构设计,利用ANSYS Workbench对试验台主轴进行了模态分析,调查其固有频率,并分析了激振载荷对主轴变形的影响,为试验台的参数设置提供依据。     

三点接触球轴承打滑动力学分析与验证

三点接触球轴承是航空发动机中的关键基础件。目前对三点接触球轴承的仿真分析多基于拟静力学模型,对于打滑、擦伤等特殊行为缺乏解释,而滚球打滑易引起滚道磨损、蹭伤等故障。在对轴承元件进行受力分析的基础上,引入滚球与左右半内圈的接触状态判断条件,采用动力学方法对三点接触球轴承进行了打滑分析。然后,分析了设计接触角及运行参数对轴承打滑率的影响。最后,通过实验研究了滚球通过内圈频率及滚球公转转速随轴向载荷及内圈转速的变化规律,并与动力学模型仿真值进行对比验证了方法的有效性。研究结果表明：轴向载荷越小或转速越高,打滑率越大;在转速和载荷工况条件相同的情况下,轴承打滑率随着设计接触角的增加而增加;而在不同转速工况下,轴承发生打滑的轴向载荷临界值不同,其数值随转速的升高而增加。     

航空发动机轴承滑蹭损伤形貌分析

针对影响高速滚动轴承服役寿命关键因素之一的打滑蹭伤问题,通过观察宏观、微观形貌及轮廓分析等方法,对航空发动机服役后蹭伤轴承与未蹭伤轴承进行滑蹭损伤的形貌对比分析。结果表明:蹭伤轴承滚子覆着整周的色带,内圈呈现密布的剥落坑,且蹭伤表面存在烧伤层,内圈轮廓较未蹭伤轴承磨损更为严重。     

航空发动机主轴轴承失效模式分析

航空发动机圆柱滚子主轴承常常因为工作条件恶劣,发生失效。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱等对服役后的圆柱滚子轴承进行失效分析。结果表明:根据失效机制与微观形貌对失效模式,可以将圆柱滚子轴承的失效模式分为8种不同的失效模式,包括划伤和擦伤、打滑蹭伤、压坑凹坑、疲劳剥落、振纹、受热变色、内圈烧伤、保持架镀银层磨损。对打滑蹭伤、烧伤和保持架镀银层磨损等失效模式的轴承进行分析,结果表明:在打滑蹭伤的轴承表面发现O元素,表明打滑蹭伤过程中发生了氧化磨损;在烧伤轴承表面发现了Fe的氧化物FeO和Fe₂O₃,表明轴承在烧伤时温度较高,润滑油膜被破坏,滚子和内圈互相接触发生剧烈磨损;保持架表面银层脱落,部分磨损区域露出铜表面,表明保持架在服役过程中发生了摩擦磨损。     

高速滚动轴承考虑表面粗糙效应的运动特性分析

在高速滚动轴承运动特性分析中,考虑了表面粗糙效应.对高速滚动轴承保持架和滚子运动性能进行了测定.详细分析了高速滚子轴承各运行工况参数和摩擦学参数,尤其是高速轴承中的表面粗糙度效应对轴承运动性能的影响,分析了轴承元件表面粗糙度对转速及其打滑的影响,揭示了表面粗糙效应对轴承运转的动力学影响.寻找轴承元件打滑的原因,探索提高轴承寿命的新途径.     

非平稳状态下高速滚动轴承的失效研究

分析了高速滚动轴承在转速波动这一非平稳状态下的运行状态，研究了转速波动对轴承运转性能和失效模式的影响。理论分析和实验结果表明：轴承运转在非稳定状态下时，滚动体和保持架的碰撞和冲击加剧，打滑现象更容易发生；转速波动造成轴承支撑刚度波动，使轴系动力学特性发生变化，并造成局部预紧力不足，出现三点接触。     

Wear properties of DLC-coated steel rollers running with highly contaminated lubrication

The presence of hard contaminants in lubrication can lead to the premature failure of rolling bearings. To reduce the negative effect of such contaminants, hard carbon-based coatings (diamond-like carbon; DLC) can be applied to the surfaces of steel bearings. DLC coatings generate a low friction and a high sliding wear resistance to enhance the tribological properties and improve the durability of running components. This work explores the merits of DLC coatings for use in very demanding applications, such as in highly contaminated environments. The wear properties of DLC-coated bearing rollers were evaluated by comparing them with uncoated rollers. The degree of wear found on the coated rollers was serious, especially under relatively high contaminant concentrations. The three-body abrasive wear produced a relatively coarse scoring of the coating surface, which caused the corresponding disc to suffer more damage than the disc running against an uncoated roller under the same operating conditions. The results indicate that supposedly wear-protective coatings cause even more damage to running surfaces once they have been broken up by hard contaminants, and highlight the importance of keeping the bearing coating intact. In practise, it is important to eliminate contaminants from the lubricant of rolling bearings, in particular for bearings with a DLC anti-wear coating.     

基于VB、VC协同编程高速滚动轴承打滑失效分析系统设计与实现

介绍高速滚动轴承打滑失效分析过程,在理论研究的基础上开发相应的软件原型以更好地支持分析工作。该系统采用Access数据库作为底层支撑数据库,通过将VC计算程序封装为功能DLL以供VB联编程序动态调用,从而实现滚动轴承打滑失效分析计算工作,并通过调用Excel实现分析结果数据图表的自动绘制与导出。详细介绍系统的开发思路、总体框架及实现方法,并阐述其中的关键技术及其实现过程。实际应用过程表明,该系统具有用户界面友好、操作方便、运算速度快、功能易于拓展和一体化程度高等特点,可辅助设计人员高效完成设计分析工作。     

不同转速下弹性环滚动载流摩擦性能和损伤分析

采用内滚道、外滚道和弹性环组成滚动载流摩擦副，通过载流摩擦试验研究了其在不同转速下的载流摩擦学性能和材料损伤。结果表明：随着转速从240 r/min增加到600 r/min,摩擦副稳态运行期间的摩擦力升高，接触电阻下降；摩擦前期材料损伤形式主要以接触表面金属塑性变形为主，摩擦平稳期以材料剥落为主；在相同的初始接触条件下，高转速促进表面疲劳和材料磨损，试验后弹性环磨痕宽度明显变宽，磨损量逐渐增大，表面氧化程度下降，O和Cu原子个数比降低；磨痕宽度增幅相近的条件下，同等转速下的摩擦力增幅小于变速条件下的摩擦力增幅；转速增加引起的摩擦力增大与高转速下弹性环滑滚增加也有关系。     

UHMWPE基水润滑轴承摩擦及润滑特性的试验研究

针对纤维填料改性UHMWPE水润滑轴承的摩擦磨损性能进行研究。在平面摩擦磨损试验机上对玻璃纤维及碳纤维填料对UHMWPE复合材料摩擦性能进行试验,并分析GF-CF-UHMWPE材料与Thordon SXL材料在干摩擦、水润滑工况下的摩擦因数及磨损量。最后,采用径向水润滑轴承试验台对比研究了GF-CF-UHMWPE轴承和Thordon SXL轴承在不同载荷下摩擦因数随转速的变化规律。结果表明:纤维填料能显著增强UHMWPE的减摩性和耐磨性,GF-CF-UHMWPE材料具有更好的耐温性能,线性热膨胀系数也显著减小;GF-CF-UHMWPE轴承具有相同载荷下启动转速低,启动摩擦因数小的特性。     

不同润滑条件对塑料合金轴承摩擦磨损性能的影响

用MPV 2 0 0型摩擦磨损试验机对超高分子量聚乙烯 (UHMW PE)塑料合金轴承在水润滑介质不同含沙量的条件下进行了摩擦学性能测定 ,分别考察了载荷、速度以及运行时间等对合金轴承摩擦学性能的影响。为水润滑合金轴承的实际应用提供理论指导。     

水润滑橡胶轴承的摩擦磨损特性及机理研究

以含沙量不同的自来水为润滑介质，用MPV-200型摩擦磨损试验机分别研究了载荷、速度、运行时间等对水润滑橡胶轴承的摩擦系数和磨损率的影响，得出橡胶轴承在不同水质，不同工况下的摩擦学特性，并对作用机理进行了系统的分析，为水润滑橡胶轴承的实际应用提供理论依据。     

频繁摆动工况下深沟球轴承摩擦力矩特性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了频繁摆动工况下深沟球轴承动力学微分方程组,通过预估-校正(GSTIFF)变步长积分算法对动力学微分方程组进行求解,分析频繁摆动工况下深沟球轴承的摩擦力矩特性。结果表明:轴承摩擦力矩随径向游隙增大先减小后增大,随轴承内、外圈沟曲率半径系数增大而减小,随保持架兜孔间隙增大先增大后减小再增大,随径向载荷增大而增大,随摆动频率增大先缓慢增大后急剧增大,随摆动角度增大而增大。     

基于因素分离法的脂润滑深沟球轴承摩擦研究*

滚动轴承的摩擦是在一个复杂的系统中由多种因素共同作用而产生的。为研究轴承中各类摩擦副的摩擦占总摩擦的比重,以矿山带式运输机托辊常用的6204脂润滑深沟球轴承为例,分析脂润滑深沟球轴承摩擦阻力的主要来源,将轴承摩擦分为滚动摩擦、滑动摩擦、黏性摩擦以及密封摩擦,用因素分离法分别开展同批次6204脂润滑深沟球轴承的带密封、无密封、无润滑以及微润滑条件下的摩擦实验,通过逐次剥离部分因素分析各摩擦分量对摩擦总量的影响。实验结果表明：在实验的载荷和转速条件下,密封摩擦占轴承全部摩擦的5%~18%,黏性摩擦占无密封轴承总摩擦的64%~85%;除去这些黏性摩擦之外,滑动摩擦也是滚动轴承摩擦中的重要分量。