滚动轴承点接触及接触应力分布情况
浏览量:20滚动轴承是一种典型而复杂的摩擦副单元,按摩擦学的摩擦形式分类,滚动轴承几乎包罗了全部的各种类型的摩擦形式。
滚动轴承所有的零部件之间的相互运动形成了不同方向、不同速度的滚动与滑动摩擦,在实际运行过程中这种运动摩擦大多数是处于边界与混合润滑状态。轴承内旋转的零部件与所使用的润滑油、润滑脂之间会发生流体或类似流体的搅拌运动摩擦,润滑油、润滑脂及固态、固体润滑介质内都存在自身的内摩擦。在外界负荷的作用下轴承内部滚动体与滚道接触部位的变化,会导致轴承内相互运动状态的改变,出现旋转摩擦或混合运动摩擦,同时不同结构的滚动轴承也会导致各类轴承之间的摩擦状态的差异性等。上述各种摩擦形式都将对整体轴承的运动状态如:温升、摩擦力矩、零部件接触表面的形态等带来不同程度的影响与伤害,都会影响轴承的正常使用寿命,因此对轴承及轴承系统的摩擦状态的分析、分类是滚动轴承摩擦学的基础及主要的部分。
轴承的滚动体与内、外滚道之间的接触处是承受负荷及传递运动的部位,因此是轴承摩擦、磨损容易发生的区域。当轴承在负荷作用下运转时由于接触处的材料表面并非处于完全刚性状态,所以在接触处的接触应力分布、摩擦状态等都与滚动体与滚道的接触形式有关,滚动轴承的滚动体与内、外滚道之间的接触形式分为:点接触和线接触两大类型。

点接触是指不承受载荷时两物体在一点接触。对滚动轴承而言,所有球轴承的球(滚动体)与内外滚道都处于点接触状态。以深沟球轴承为例;钢球与滚道在无负荷状态下呈一点接触,而在负荷作用下,由于接触处的材料表面并非处于完全刚性状态,因此钢球与滚道的,接触处将由点扩展成一个接触面。接触面在与接触法线垂直的平面内的投影为一个椭圆。椭圆的长(X)轴的长度为2a,短(Y)轴的长度为2b。接触处的大接触应力σmax发生在椭圆的中心。随着与椭圆中心的X与Y轴的距离变化,接触应力逐步减小。同时随着钢球与滚道的曲率变化及外界负荷的大小即方向(指径向与轴向)的变化,接触椭圆的大小、位置及椭圆区域内的压力分布也会发生相应的变化。
属于点接触类型的滚动轴承有向心球轴承、角接触球轴承、推力球轴承及所有“球类”轴承。
从两圆相切为一点的概念分析,弧形滚子与弧形滚道面的接触也属于点接触状态,如调心滚子轴承、推力调心滚子轴承也属于点接触类型的轴承。但与球轴承的不同之处在于其滚动体与滚道接触处的接触弧形大得多,在载荷作用下由于结构差异其接触椭圆面积的变化、载荷的分布都会有所不同,因此调心滚子轴承、推力调心滚子轴承的摩擦系数比球轴承大,承受载荷的能力也大。
不论是球轴承或弧形接触的滚子轴承,其滚动体与滚道接触区域都会形成一个椭圆的接触区域,因此接触应力分布是不均匀的,所以在同一个接触区域内,其运动及摩擦形式、磨损的形貌也有差异。

