二、轴承工作时元件上载荷及应力的变化
对于工作时旋转的内圈上任一点a(图9-4),在承受载荷区内,每次与滚动体接触就受载荷一次,因此旋转内圈上a点的载荷及应力是周期性变化的。如图9-6a所示。
对于固定的外圈,各点所受载荷随位置不同而大小不同,对位于承受载荷区内的任一点b(图9-4),当每一个滚动体滚过便受载荷一次,而所受载荷的最大值是不变的,承受稳定的脉动载荷。如图9-6b所示。
滚动体工作时,有自转又有公转,因而,其上任一点所受的载荷和应力也是变化的,其变化规律与内圈相似,只是变化频率增加,如图9-6c所示。
综上所述,滚动轴承各元件上所受的应力,都是按脉动循环变化的接触应力。
图9-6 滚动轴承各元件中应力变化情况
三、滚动轴承失效形式和设计约束
滚动轴承常见的失效形式主要有:
1、疲劳点蚀
实践证明,有适当的润滑和密封,安装和维护条件正常时,绝大多数轴承由于滚动体沿着套圈滚动,在相互接触的物体表层内产生变化的接触应力,经过一定次数循环后,此应力就导致表层下不深处形成的微观裂缝。微观裂缝被渗入其中的润滑油挤裂而引起点蚀。
2、塑性变形
在过大的静载荷和冲击载荷作用下,滚动体或套圈滚道上出现不均匀的塑性变形凹坑。这种情况多发生在转速极低或摆动的轴承。
3、磨粒磨损、粘着磨损
滚动轴承在密封不可靠以及多尘的运转条件下工作时,易发生磨粒磨损。通常在滚动体与套圈之间,特别是滚动体与保持架之间有滑动摩擦,如果润滑不好,发热严重时,可能使滚动体回火,甚至产生胶合磨损。转速越高、磨损越严重。
另外由于不正常的安装、拆卸及操作也会引起轴承元件破裂等损坏,这是应该避免的。
校核时需要满足的设计约束主要是避免轴承失效,以保证轴承能在规定的期限内正常工作。一般,轴承在不同工况下其主要失效形式不同。对于中速运转的轴承,其主要失效形式是疲劳点蚀,设计约束是保证轴承具有足够的疲劳寿命,应按疲劳寿命进行校核计算;对于高速轴承,由于发热大,常产生过度磨损和烧伤,设计约束除保证轴承具有足够的疲劳寿命之外,还应限制其转速不超过极限值,即除进行寿命计算外,还要校核其极限转速;对于不转动或转速极低的轴承,其主要的失效形式是产生过大的塑性变形,设计约束是要防止产生过大的塑性变形,需要进行静强度的校核计算。
此外,轴承组合结构的设计要合理,要保证充分的润滑和可靠的密封,这对提高轴承的寿命和保证正常工作是非常重要的。