不同服役工況條件下圓錐滾子軸承磨損研究

關鍵詞：圓錐滾子軸承；磨損深度；接觸壓力；滑動速度；工況條件

中圖分類號：TH117. 1 DOI： 10. 16579/j. issn. 1001. 9669. 2025. 01. 014

0引言

圓錐滾子軸承是轉子系統的關鍵組成部件，能夠適用于各種復雜載荷工況，在各類旋轉設備中廣泛應用。磨損是滾動軸承失效的主要形式之一，顯著影響滾動軸承的服役壽命。

關于軸承磨損，學者們開展了諸多有價值的研究工作。SHEN等［1］應用經典的Archard磨損模型［2］設計了磨損模擬程序，該程序可以用于分析球面滑動軸承的磨損特性。JANAKIRAMAN 等［3］基于接觸公式和Archard磨損方程，建立了點接觸磨損模型，通過試驗確定不同載荷、轉速和潤滑劑溫度等因素下的磨損深度，研究表明潤滑劑壓力黏度系數對磨損影響最大。EL-THALJI等［4］對軸承磨損演化過程進行建模，該模型能夠描述滾動軸承在整個磨損壽命期間內的磨損演化過程。盧建軍等［5］對自潤滑向心關節軸承摩擦磨損性能進行研究，并提供新的軸承服役壽命計算方法。張宇等［6］推導了角接觸球軸承磨損深度模型，計算了軸承內外滾道的磨損深度，探究各種因素對主軸系統中球軸承磨損的影響規律。YANG等［7］研究了主軸系統中軸承套圈安裝角偏移對角接觸球軸承磨損的影響。劉良勇等［8］基于軸承擬靜力學模型和磨損理論建立了軸承磨損壽命估算模型，研究表明，隨著預緊力和溝道曲率半徑增大，軸承磨損壽命先增大后減少。寧峰平等［9］基于擬靜力學模型和磨損模型，分析軸承內圈不同角度位置的磨損狀況隨軸向力、徑向力和磨損時間的演化規律。季春云等［10］以全因子設計的方法，研究在干摩擦條件下載荷與轉速對摩擦因數及磨損量的影響，表明轉速對摩擦因數的影響更為顯著。

軸承磨損問題的研究吸引了學者們的廣泛關注，但總體而言，大部分的工作主要集中于點接觸軸承的磨損研究，對于線接觸圓錐滾子軸承磨損研究還比較少。因此，對于圓錐滾子軸承磨損分布特征還缺乏比較深入的認知。為避免直母線形式的圓錐滾子端部與滾道接觸應力集中導致的圓錐滾子軸承過早疲勞失效問題，圓錐滾子母線通常做修形處理，這導致滾子與滾道在接觸線上的滾動速度不同，產生了相對滑動，在潤滑不良的條件下，能夠引起圓錐滾子軸承磨損的產生。圓錐滾子軸承的磨損，一方面增大了軸承的間隙，引起接觸載荷重新分布，影響軸承運行狀態；另一方面，滾子與滾道接觸線較長，接觸線上接觸壓力分布不均，這通常能夠導致接觸線上非均勻的磨損深度，進一步復雜化滾子與滾道的接觸狀態，必然對圓錐滾子軸承服役帶來不利的影響。因此，開展圓錐滾子軸承磨損研究極其必要，是進一步開展磨損狀態下軸承服役壽命與動態響應研究的基礎。

本文針對圓錐滾子軸承在3種不同工況下的磨損問題開展系統的研究，探究磨損演化規律。為實現上述目的，首先，建立圓錐滾子軸承擬靜力學模型和軸承滾道與滾子磨損深度計算模型；其次，基于擬靜力學模型和磨損模型，研究了不同載荷和速度工況條件下圓錐滾子軸承滾子與滾道的接觸壓力、相對滑動速度和磨損深度分布特征，對比分析了不同工況參數對軸承磨損的影響規律；最后，給出了一些重要結論。