脂润滑深沟球轴承中一种新的滚动接触损伤形式.pdfVIP

轴承技术 2012年第 2期 ·35· 脂润滑深沟球轴承中一种新的 滚动接触损伤形式 [日]吉冈 武夫 1 引言 在滚动轴承的寿命试验中，由于轴承材料 的疲劳，在滚动体或滚道表面常出现剥落损 伤。剥落的表面为数百微米深的凹坑(麻点)， 且带有凹凸不平表面，这也正是裂纹扩展的一 种表现。由于滚动体的重复运动，在损伤的滚 道表面上麻点的不平表面会随机地向各个方 向扩展。至于滚动体，就钢球而言，表面损伤 会向整个钢球表面扩展；然而对于滚子而言， 观察到麻点面积会在轴向和滚动方向上扩大。 文献中已经发表了几篇关于脂润滑条件 下球轴承寿命的研究，其中最著名 的是 Snare 和日本学术振兴会 126委员会对轴承寿命的研 究。Snare对500套深沟球轴承进行了寿命试 验，其目的是为了确定轴承寿命的最小值。在 不改变稠化剂而只改变基础油的前提下，126 委员会对4种润滑脂对轴承寿命的影响进行了 试验。由于他们假设脂润滑条件下的滚动疲 劳剥落损伤与油润滑条件下的机理相同，因此 他们当中没有人对滚动疲劳损伤产生特别的 兴趣。 最近，人们把注意方向对准了这一领域， 并进行了大量的相关研究，发现汽车辅助设备 用脂润滑轴承在不到其计算寿命的 1／10时就 发生了损伤。并证实这些轴承所发生的损伤 形式是一致的，而且这种损伤形式在传统的油 润滑轴承中从未发生过；对此种损伤发生的机 理进行了阐述 ，预防这种损伤的方法也在研究 当中。轴承损伤的特征是发生剥落，并且在损 伤表面下裂纹沿随机方向扩展。这种损伤 j1 发生在静止的套圈沟道上，而旋转的套圈沟道 上却没有出现，并且在损伤区域附近出现有白 色组织。认为这种损伤发生的机理有可能是 滚道吸收了由润滑脂产生的氢，从而导致氢 脆。 明治大学学术前沿工程的机械材料与零 件可靠性数据库的研究中，对深沟球轴承进行 了滚动疲劳试验，其巾有 80％的深沟球轴承为 脂润滑。本文描述即为在这些试验中所出现 的损伤特征。 2 试验方法 试验轴承如图 1所示，选用开式 6206深沟 球轴承，内径为 30mm，外径为 62ram，宽度为 16mm，钢球个数为 9。轴承内、外圈以及钢球 的材料为AsTM—A295(52100)钢，冠形保持架 材料为塑料。试验装置如图2所示，其是由一 根主轴组成的一个典型悬臂装置，主轴由两套 面对面安装的7210角接触球轴承和一套 6210 深沟球轴承支承。试验轴承安装在主轴的一 端，主轴的另一端直接与驱动电动机相连、试 验轴承上施加有 向下的大小为 9．14和 12． 13kN的作用力。由于试验轴承上施加不同的 载荷，其相应的接触应力以及钢球与内、外沟 道之间的接触长轴和接触短轴值如表 l所示。 为了防止卡死，试验轴承内圈的转速分别维持 在 l800～2500r／min和 600～800r／min，以便使 外圈周向的温度控制在65℃以下。另外，由计 算结果可知 受载区域分布在试验轴承上部的 最大滚动体受载位鹭的±90。范围内，由于试验 后 滑脂都粘附在外圈轴肩的所有周向表面 学兔兔 · 36· 轴承技术 20l2年第 2 j9J l-，故町以不考虑其重力的影响。 画 图 1 试验轴承 #6206 D -9．S25 mm Z=9 D -46．5 mm x=D／D ． ．2lJ4 r=0．S0S· ，：0．53* C =19．5 ‘：实满 图2 寿命试验装置的主体部分 表 1 试验轴承的接触应力与接触椭圆 轴承载荷(kN： 9．14 l2．13 最大滚动体载荷(kN) 4．44 5．89 最大 Hertz接 内 勾道 2．80 3．08 触应力(GPa) 外、 勾道 3．36 3．69 内 短轴 O．38 0．42 沟 接触椭圆(mil1) 道 长轴 8．16 8．92 外 短轴 0．66 0．74 沟 道 长轴 3．80 4．18 表2所列为润滑脂的特性。试验前以手动 方式 ，通过保持架兜孔开 口处向轴承内圈与外 圈之间的空问中等量地注人润滑脂，润滑脂约 占总自由空间的40％。 表2 润滑脂特·陛 稠化剂 特殊锂基化合物 基础油 矿物油 运动黏度 40c(= 14l (mm ／s) 100℃ 14．76 滴点(℃) 300 稠度(60W) 280 分油率(％)(100％，24h) 0．8O 试验中最小油膜厚度 i 是通过 Harm— rock和 Dowson的公式计算得到的，计算式为： H； =3．63 。·钾 肋 { 一 m e 7 v ( o G “ } W 1 (1) 式中： 为速度参数；G为材料参数；W为载荷 参数；Rx为钢球滚动方向的当量半径； 为套 圈轴线方向的当量半径。 计算时，假设钢球与沟道之间有充足的基 础油，从而避免出现贫油的情况；而且在