高端軸承的研究開發現狀及分析
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發布日期: 2019.07.15
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(6)軸承精度研究高精度是高端機床軸承的典型特點。軸承精度的相關理論研究包括:回轉精度建模方法,零件制造誤差、潤滑等對精度的影響分析,軸承非…
(6)軸承精度研究
高精度是高端機床軸承的典型特點。軸承精度的相關理論研究包括:回轉精度建模方
法,零件制造誤差、潤滑等對精度的影響分析,軸承非重復性精度形成機理、工況對精度的影
響等。
(7)軸承損傷和失效機理
由于結構更為復雜、工況更為苛刻,各種因素的相互耦合效應更為顯著,因此高端軸承
的損傷和失效機理遠比常規滾動軸承復雜。以航空發動機主軸軸承為例,由于在高溫、高速
下發生的表面界面損傷而出現早期失效,大部分主軸軸承的實際使用壽命遠遠達不到基于
滾動接觸疲勞理論預測的壽命。航空發動機主軸軸承的早期失效主要包括打滑增傷、磨損
與腐蝕、劃傷壓坑、保持架損傷與斷裂等形式。這些失效問題和軸承在苛刻工況下的表面
界面行為密切相關。一般的軸承失效是以次表層裂紋生成和擴展引起的疲勞判落為特征,
20世紀40年代,瑞典科學家 Lundberg和 Palmgren以滾動接觸條件下的赫茲接觸理論為
某礎并考慮材料內部缺陷的概率分布提出著名的軸承滾動接觸疲勞壽命預測理論公式(也
簡稱為LP理論),經過數十年的修正,形成了軸承疲勞壽命設計的國際標準,但是對于起
源于表面粗糙峰的微觀接觸損傷、潤滑油中硬質顆粒壓入引起的損傷等表面疲勞磨損以及
表面腐蝕等問題,卻沒有廣泛認可的壽命預測模型,而對于航空發動機主軸軸承常見的輕載
高速打滑蹭傷這類失效形式,L-P理論完全不適用,且沒有可預測贈傷發生、贈傷程度的理
論公式。因此,從理論上分析和預測這些軸承表面界面失效問題需要在現有軸承滾動疲勞
力學理論框架的基礎上發展跨尺度理論模型,深入到材料亞表層的微觀、納觀組織、結構以
及接觸界面的潤滑和黏著行為
上述的研究工作雖然取得了一些進展,但由于軸承內部接觸、潤滑的復雜性,理論模型
和計算方法上還有很多的工作有待深人,如由于潤滑油特性的不確定性和滾動軸承運動規
律的復雜性,滾動軸承動力學分析結果對設計和應用的指導作用不顯著:由于對軸承發熱、
散熱等機理研究不透徹,軸承溫度預測及熱力耦合分析方面進展緩慢
國外著名軸承企業在當前理論發展的基礎上,結合企業多年的研發經驗,致力于更符合
軸承實際運轉情況性能分析工具的開發,如SKF開發的 BEAST軟件沒有采用滾道控制等
假設進行動力學仿真,NSK公司的BRAN軟件拋棄了傳統軸承計算時“純動”的假設,實
現了對軸承旋轉期間的動態多功能、全方位的仿真分析。國內大多數軸承企業設計主要著
力于結構和材料方面,以優化和熱處理為主,缺少基礎理論應用,而高校的理論研究和企業
的產品設計沒有形成良好的對接,無法將理論成果轉化為有效的生產力