轴承微动腐蚀,你了解多少?
2023-06-28 17:24:10 作者:腐蚀与防护 来源:腐蚀与防护 分享至:

 

 


轴承微动指的是将两个接触表面发生的极小幅度的相对运动称之为微动,轴承微动通常发生在发动机传动、热循环应力、疲劳载荷、电磁振动等工作情况下,轴承微动会造成接触表面摩擦磨损,引起零件咬合松动,功率损失,噪声增加等,也会造成加速疲劳裂纹的可能性,从而降低零件的疲劳寿命。



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 轴承微动(磨损)腐蚀
对于球轴承,钢球和沟道之间的微动为切向式、滚动式、径向式、滑动式和扭动式(由于接触角的存在)组成的复合微动
对钢球与内沟道接触面上的法向变形、切向变形以及滑动进行理论分析,并对径向加载的球轴承进行往复摆动试验,发现在摆角较小时,切向滑动为微动磨损的主因;随着摆角增大,微动磨损则主要由重复的滑动引起。
切向滑动引起的损伤在接触区的周围;滑动引起的损伤在接触区两端,接触面中心受力最大的部分未受损伤,且内圈损伤比外圈损伤严重。
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 微动(磨损)腐蚀的机理

发生在轴承接触面之间的由微幅滑动和滚动引起的微动磨损分别为微动(磨损)腐蚀和伪压痕,且两种磨损机理不同。

微动(磨损)腐蚀发生在无润滑状态,磨损机理是产生严重的黏着,并穿过自然氧化层与母体材料形成冷焊,磨屑成分为α-Fe2O3,呈暗红色;伪压痕则发生在边界润滑,磨损机理是轻微限制在自然氧化层的轻微黏着,磨屑成分是黑色的Fe3O4

微动磨损开始呈现伪压痕形态,当微动磨屑挡住润滑油脂从而使摩擦表面形成无润滑状态时,则逐步升级为微动(磨损)腐蚀。

 

 

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 微动(磨损)腐蚀的力学性能
振动频率、幅度以及加速度对轴承微动磨损有显著影响。
通过自制的试验装置在干态下对轴承加载轴向振动,结果发现微动磨损随振动频率和加速度的增加而增加;磨损先随振幅增加而增加,在振幅近似为轴承轴向游隙的两倍时达到最大值,然后随振幅的增大而减小;在一定的测试条件下,磨损在微动初期增加较快,但随着微动次数的增加而趋于缓和。
在脂润滑条件下用型号为6104 球轴承考察了摆角、摆动次数及载荷等参数对微动磨损的影响,发现摆角在1°以内,磨损速度较小,但是超过该值后磨损急剧增加,这一倾向在重载下尤为显著。
如果轴的摆角较大,则差动滑动成为微动磨损的主因;而摆角较小时,切向力滑动成为微动磨损的主因。

 

微动磨损试验机

 

 

微动磨损的程度与接触区域上的切向力τ和相对滑动量δ的乘积τδ相关

 

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 微动(磨损)腐蚀的特征
钢球与内沟道接触面上的法向变形、切向变形以及滑动进行理论分析,并对径向加载的球轴承进行往复摆动试验,发现在摆角较小时,切向滑动为微动磨损的主因;随着摆角增大,微动磨损则主要由重复的滑动引起。切向滑动引起的损伤在接触区的周围;滑动引起的损伤在接触区两端,接触面中心受力最大的部分未受损伤,且内圈损伤比外圈损伤严重得多。

 

 

 

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 轴承微动腐蚀的改进对策

轴承的接触角、沟曲率半径系数和游隙等设计参数不同导致其抗微动磨损能力也不同。在球轴承受外部振动情况下,微动磨损的程度与接触区域上的切向力τ和相对滑动量δ的乘积τδ相关,因此在设计上可通过少量增大内、外沟道的沟曲率半径而大大减小接触表面上的τδ值来减缓球轴承的微动磨损。但这种设计变化将增大接触应力,使润滑剂更难进入接触区,从而降低轴承寿命。

为减缓变桨轴承在风力发电机工作过程中的微动磨损,通过微动模拟试验得出,在轴承有一定的负游隙时磨损量最小,并从不同倾角的径向与切向微动组合而成的复合微动试验中得出,变桨轴承的初始接触角在45°附近取值有助于提高其抗微动磨损能力。但安装负游隙在高速电机中不利于高速运行,将增加发热和扭矩,降低寿命。

ISO15243-2017对轴承微动(磨损)腐蚀的规定



 

 



(1) 微动磨损的程度与τδ相关;切向力与载荷及同频共振的惯性当量的矢量和相关(很难计算和预估);滑动量与轴径向位移角度和轴向位移量相关;由此可以得出转子轴运输固定及增加预载荷及减小运输振动等对策。

(2) 基于微动时速度很低很难形成弹性流体动压润滑膜,且微动过程中润滑脂被排挤出接触区,难以形成稳定的油膜,长期处于边界润滑状态的情况。可以采用提高油膜厚度,增加油脂粘度;增加油脂的基础油的流动性,以抵抗微动磨损腐蚀的损害。

 

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