近年來(lái),通用機(jī)械零部件的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)得到廣泛關(guān)注,滾動(dòng)軸承是應(yīng)用最廣泛的機(jī)械零部件之一,隨著數(shù)值計(jì)算技術(shù)和方法的發(fā)展,計(jì)算模擬和模擬試驗(yàn)已廣泛用于滾動(dòng)軸承的摩擦學(xué)研究和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。滾動(dòng)軸承的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)有正向和反向兩種思路。
滾動(dòng)軸承的性能對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的性能有重大影響,然而影響滾動(dòng)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(rùn)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,這些因素相互影響,加之疲勞壽命試驗(yàn)的非重復(fù)性,影響因素尚難以準(zhǔn)確地定量描述。
滾動(dòng)軸承疲勞壽命經(jīng)典的L-P理論基于假設(shè):滾動(dòng)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(jī)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。
起源于表面的麻點(diǎn)和表面下起源的剝落壽命是競(jìng)爭(zhēng)的失效模式,被預(yù)測(cè)為膜厚比、粗糙峰斜率均方根值和邊界潤(rùn)滑粗糙峰接觸中的牽引系數(shù)的函數(shù)。
隨著高速鐵路和航空工業(yè)的發(fā)展,對(duì)于軸承高可靠度的要求越來(lái)越多,同時(shí)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(dòng)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(diǎn)之間的關(guān)系,在微觀尺度上揭示零件表面完整性和潤(rùn)滑效應(yīng)對(duì)疲勞麻點(diǎn)的影響。另一方面,結(jié)合載荷特性以及材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)研究剝落失效,分析軸承材料對(duì)外界載荷的動(dòng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)與表層疲勞剝落的關(guān)系。
對(duì)于其他影響軸承疲勞壽命的因素,例如潤(rùn)滑劑和添加劑,表面粗糙度、環(huán)向應(yīng)力和界面滑動(dòng)等,也需要綜合地研究,如建立數(shù)據(jù)庫(kù)和研發(fā)軟件包,實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑劑和軸承材料的自動(dòng)分析與選擇,這也是未來(lái)發(fā)展方向之一。
對(duì)影響軸承滾動(dòng)解除疲勞的因素進(jìn)行分析,有助于更好地理解軸承疲勞失效的機(jī)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(cè)的準(zhǔn)確性。