本發(fā)明涉及軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)，具體涉及一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、軸承被視為裝備的“關(guān)節(jié)”，在國(guó)防及民生各領(lǐng)域均處于關(guān)鍵地位。

2、在軸承服役過(guò)程中，隨著工況的改變，往往會(huì)出現(xiàn)更大頻幅的急加/減速、急變載的非穩(wěn)態(tài)服役情況，導(dǎo)致軸承過(guò)早失效，甚至出現(xiàn)突發(fā)性事故。在急變速、急變載等非穩(wěn)態(tài)服役環(huán)境下，由于速度及載荷的大變化速率，軸承材料變形及潤(rùn)滑系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與速度、載荷的變化速率完全失配，導(dǎo)致軸承發(fā)生局部的滑滾現(xiàn)象。由于局部滑動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)，會(huì)加劇軸承性能惡化，降低軸承壽命。所以有必要對(duì)非穩(wěn)態(tài)條件下的滑動(dòng)行為進(jìn)行研究。但是由于滾動(dòng)條件下軸承的滾滑狀態(tài)是隨機(jī)的，故很難監(jiān)測(cè)滾動(dòng)條件下的軸承瞬態(tài)滑滾比，也就無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估軸承的非穩(wěn)態(tài)損傷行為。

3、因此，如何設(shè)計(jì)一種方法合理可行，設(shè)計(jì)巧妙，評(píng)估軸承非穩(wěn)態(tài)服役條件下的損傷行為，尋找合適的滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，改善軸承性能，延長(zhǎng)軸承壽命的一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法是目前需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有軸承在非穩(wěn)態(tài)服役過(guò)程中，出現(xiàn)的急加/減速、急變載等非穩(wěn)態(tài)服役情況，從而導(dǎo)致?lián)p傷與失效機(jī)制技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，對(duì)于軸承高可靠、長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，通過(guò)單球滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)軸承材料進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)服役條件下的滾動(dòng)試驗(yàn)，非穩(wěn)態(tài)服役條件包括變載條件和變速條件兩種情況，其中變載條件下滾動(dòng)軸承載荷變化、轉(zhuǎn)速不變，變速條件下滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)速變化、載荷不變；通過(guò)往復(fù)滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)同樣的軸承材料進(jìn)行往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)滾動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中的載荷確定往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)載荷，將滾動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)機(jī)主動(dòng)輪與鋼球的線速度差作為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)的滑動(dòng)速度，根據(jù)往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)載荷、滑動(dòng)速度、設(shè)定的滑動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間和往復(fù)滑動(dòng)行程，以及試驗(yàn)得到的軸承材料磨痕面積，計(jì)算得到軸承材料非穩(wěn)態(tài)條件下的非穩(wěn)態(tài)損傷量以及穩(wěn)態(tài)條件下的穩(wěn)態(tài)損傷量，從而獲得軸承非穩(wěn)態(tài)損傷影響因子，根據(jù)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷影響因子判斷滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷情況。

3、以上為本發(fā)明的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、完善和限定：如所述滾動(dòng)試驗(yàn)和往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)采用同樣的油潤(rùn)滑條件。

4、以上為本發(fā)明的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、完善和限定：如所述非穩(wěn)態(tài)服役條件采用變載條件時(shí)，

5、將單球滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速設(shè)置為n1，n1為定值，試驗(yàn)載荷設(shè)置為p1，運(yùn)行一段時(shí)間后，以的變載速率將載荷從p1突變?yōu)閜t，等載荷達(dá)到pt時(shí)，迅速將載荷以的變載速率從pt突變?yōu)閜1，隨后在載荷為p1、轉(zhuǎn)速為n1條件下運(yùn)行一段時(shí)間；

6、計(jì)算得到非穩(wěn)態(tài)突變時(shí)間為，在非穩(wěn)態(tài)突變時(shí)間t的任一時(shí)刻ti下對(duì)應(yīng)的載荷為pi，主動(dòng)輪與鋼球的線速度差為vi。

7、以上為本發(fā)明的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、完善和限定：如所述非穩(wěn)態(tài)服役條件采用變速試驗(yàn)時(shí)，

8、將試驗(yàn)載荷設(shè)置為p，p為定值，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速設(shè)置為n1，運(yùn)行一段時(shí)間，隨后以的變速速率將轉(zhuǎn)速?gòu)膎1突變?yōu)閚t，等主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速達(dá)到vt時(shí)，迅速將速度以的變載速率從nt突變?yōu)閚1，隨后在轉(zhuǎn)速n1、載荷p條件下運(yùn)行一段時(shí)間；

9、計(jì)算得到非穩(wěn)態(tài)突變時(shí)間為，在非穩(wěn)態(tài)突變時(shí)間t的任一時(shí)刻ti下對(duì)應(yīng)的載荷為p，主動(dòng)輪與鋼球的線速度差為vi。

10、以上為本發(fā)明的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、完善和限定：如根據(jù)滾動(dòng)試驗(yàn)的載荷計(jì)算得出滾動(dòng)試驗(yàn)中主動(dòng)輪與鋼球的接觸應(yīng)力，基于滾動(dòng)試驗(yàn)中主動(dòng)輪與鋼球的接觸應(yīng)力與往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中球-面的接觸應(yīng)力相同，根據(jù)往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中球-面的接觸應(yīng)力計(jì)算得到往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)載荷。

11、以上為本發(fā)明的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、完善和限定：如滾動(dòng)試驗(yàn)中主動(dòng)輪與鋼球?yàn)榍?環(huán)式接觸類型，接觸應(yīng)力，其中，e*為等效彈性模量，計(jì)算公式為，e1和e2為鋼球和主動(dòng)輪材料的彈性模量，μ1和μ2為鋼球和主動(dòng)輪材料的泊松比，r1為鋼球的半徑，r2為主動(dòng)輪滾道的曲率半徑；將滾動(dòng)試驗(yàn)載荷pi代入上式，計(jì)算得出滾動(dòng)試驗(yàn)中主動(dòng)輪與鋼球的接觸應(yīng)力si；往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中為球-面式接觸類型，接觸應(yīng)力，其中，e為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中的等效彈性模量，與e*相同，r為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)鋼球的半徑；根據(jù)接觸應(yīng)力si計(jì)算得到往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)載荷fi。

12、以上為本發(fā)明的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、完善和限定：如通過(guò)往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)對(duì)軸承材料在非穩(wěn)態(tài)條件和穩(wěn)態(tài)條件下的磨損情況進(jìn)行試驗(yàn)，過(guò)程中利用三維形貌儀測(cè)量磨痕面積ai；根據(jù)體積磨損率計(jì)算公式，計(jì)算出非穩(wěn)態(tài)條件下材料的體積磨損率wi，其中，wi表示非穩(wěn)態(tài)突變時(shí)間t中任一時(shí)刻ti材料的磨損率，ai為磨痕面積，vi為主動(dòng)輪與鋼球的線速度差，t滑為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間，l為往復(fù)滑動(dòng)行程；將非穩(wěn)態(tài)突變過(guò)程中的體積磨損率wi疊加，得到軸承材料非穩(wěn)態(tài)損傷量；穩(wěn)態(tài)條件下任一時(shí)刻ti材料的體積磨損率為，其中，f1為根據(jù)滾動(dòng)試驗(yàn)中達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的載荷確定的往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)載荷，v1為滾動(dòng)試驗(yàn)中達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的主動(dòng)輪與鋼球的線速度差，a1為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中試驗(yàn)載荷f1、滑動(dòng)速度v1條件下對(duì)應(yīng)的磨痕截面面積，進(jìn)一步得到穩(wěn)態(tài)損傷量為。

13、以上為本發(fā)明的基本實(shí)施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)、完善和限定：如根據(jù)軸承材料非穩(wěn)態(tài)條件下的非穩(wěn)態(tài)損傷量以及穩(wěn)態(tài)條件下的穩(wěn)態(tài)損傷量計(jì)算得出軸承材料的非穩(wěn)態(tài)損傷影響因子；若，說(shuō)明軸承由穩(wěn)定潤(rùn)滑狀態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)定潤(rùn)滑狀態(tài)，非穩(wěn)態(tài)服役條件下軸承損傷加劇，軸承壽命減小；，說(shuō)明軸承非穩(wěn)態(tài)服役條件不影響軸承損傷；，說(shuō)明軸承由不穩(wěn)定潤(rùn)滑狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定潤(rùn)滑狀態(tài)，非穩(wěn)態(tài)服役條件下軸承損傷減輕。

14、有益效果

15、本發(fā)明根據(jù)不同非穩(wěn)態(tài)服役條件下急加/減速、急變載的情況，利用單球滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)滾動(dòng)軸承材料進(jìn)行變載和變速試驗(yàn)，由該試驗(yàn)機(jī)可以直接輸出主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，即可得到軸承材料的瞬時(shí)滑滾比，進(jìn)而得到主動(dòng)輪與鋼球的瞬時(shí)線速度差，即為材料的滑動(dòng)速度，再利用往復(fù)滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行油潤(rùn)滑下材料的摩擦磨損性能測(cè)試，利用三維形貌儀測(cè)量出滑動(dòng)試驗(yàn)中的磨痕面積，再根據(jù)磨損率結(jié)果計(jì)算得出滾動(dòng)條件下軸承材料的非穩(wěn)態(tài)損傷影響因子，從而對(duì)滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。

16、本發(fā)明方法合理可行，設(shè)計(jì)巧妙，評(píng)估軸承非穩(wěn)態(tài)服役條件下的損傷行為，尋找合適的滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，改善軸承性能，延長(zhǎng)軸承壽命。

技術(shù)特征：

1.一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，其特征在于：通過(guò)單球滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)軸承材料進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)服役條件下的滾動(dòng)試驗(yàn)，非穩(wěn)態(tài)服役條件包括變載條件和變速條件兩種情況，其中變載條件下滾動(dòng)軸承載荷變化、轉(zhuǎn)速不變，變速條件下滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)速變化、載荷不變；通過(guò)往復(fù)滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)同樣的軸承材料進(jìn)行往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)滾動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中的載荷確定往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)載荷，將滾動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中滾動(dòng)試驗(yàn)機(jī)主動(dòng)輪與鋼球的線速度差作為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)的滑動(dòng)速度，根據(jù)往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)載荷、滑動(dòng)速度、設(shè)定的滑動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間和往復(fù)滑動(dòng)行程，以及試驗(yàn)得到的軸承材料磨痕面積，計(jì)算得到軸承材料非穩(wěn)態(tài)條件下的非穩(wěn)態(tài)損傷量以及穩(wěn)態(tài)條件下的穩(wěn)態(tài)損傷量，從而獲得軸承非穩(wěn)態(tài)損傷影響因子，根據(jù)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷影響因子判斷滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷情況。

2.如權(quán)利要求1所述的一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，其特征在于：所述滾動(dòng)試驗(yàn)和往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)采用同樣的油潤(rùn)滑條件。

3.如權(quán)利要求1所述的一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，其特征在于：所述非穩(wěn)態(tài)服役條件采用變載條件時(shí)，

4.如權(quán)利要求1所述的一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，其特征在于：所述非穩(wěn)態(tài)服役條件采用變速試驗(yàn)時(shí)，

5.如權(quán)利要求1所述的一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，其特征在于：根據(jù)滾動(dòng)試驗(yàn)的載荷計(jì)算得出滾動(dòng)試驗(yàn)中主動(dòng)輪與鋼球的接觸應(yīng)力，基于滾動(dòng)試驗(yàn)中主動(dòng)輪與鋼球的接觸應(yīng)力與往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中球-面的接觸應(yīng)力相同，根據(jù)往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中球-面的接觸應(yīng)力計(jì)算得到往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)載荷。

6.如權(quán)利要求5所述的一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，其特征在于：滾動(dòng)試驗(yàn)中主動(dòng)輪與鋼球?yàn)榍?環(huán)式接觸類型，接觸應(yīng)力，其中，e*?為等效彈性模量，計(jì)算公式為，e1和e2為鋼球和主動(dòng)輪材料的彈性模量，μ1和μ2為鋼球和主動(dòng)輪材料的泊松比，r1為鋼球的半徑，r2為主動(dòng)輪滾道的曲率半徑；將滾動(dòng)試驗(yàn)載荷pi代入上式，計(jì)算得出滾動(dòng)試驗(yàn)中主動(dòng)輪與鋼球的接觸應(yīng)力si；往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中為球-面式接觸類型，接觸應(yīng)力，其中，e為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中的等效彈性模量，與e*相同，r為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)鋼球的半徑；根據(jù)接觸應(yīng)力si計(jì)算得到往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)載荷fi。

7.如權(quán)利要求6所述的一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，其特征在于：通過(guò)往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)對(duì)軸承材料在非穩(wěn)態(tài)條件和穩(wěn)態(tài)條件下的磨損情況進(jìn)行試驗(yàn)，過(guò)程中利用三維形貌儀測(cè)量磨痕面積ai；根據(jù)體積磨損率計(jì)算公式，計(jì)算出非穩(wěn)態(tài)條件下材料的體積磨損率wi，其中，wi表示非穩(wěn)態(tài)突變時(shí)間t中任一時(shí)刻ti材料的磨損率，ai為磨痕面積，vi為主動(dòng)輪與鋼球的線速度差，t滑為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間，l為往復(fù)滑動(dòng)行程；將非穩(wěn)態(tài)突變過(guò)程中的體積磨損率wi疊加，得到軸承材料非穩(wěn)態(tài)損傷量；穩(wěn)態(tài)條件下任一時(shí)刻ti材料的體積磨損率為，其中，f1為根據(jù)滾動(dòng)試驗(yàn)中達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的載荷確定的往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)載荷，v1為滾動(dòng)試驗(yàn)中達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的主動(dòng)輪與鋼球的線速度差，a1為往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中試驗(yàn)載荷f1、滑動(dòng)速度v1條件下對(duì)應(yīng)的磨痕截面面積，進(jìn)一步得到穩(wěn)態(tài)損傷量為。

8.如權(quán)利要求1所述的一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，其特征在于：根據(jù)軸承材料非穩(wěn)態(tài)條件下的非穩(wěn)態(tài)損傷量以及穩(wěn)態(tài)條件下的穩(wěn)態(tài)損傷量計(jì)算得出軸承材料的非穩(wěn)態(tài)損傷影響因子；若，說(shuō)明軸承由穩(wěn)定潤(rùn)滑狀態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)定潤(rùn)滑狀態(tài)，非穩(wěn)態(tài)服役條件下軸承損傷加劇，軸承壽命減小；，說(shuō)明軸承非穩(wěn)態(tài)服役條件不影響軸承損傷；，說(shuō)明軸承由不穩(wěn)定潤(rùn)滑狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定潤(rùn)滑狀態(tài)，非穩(wěn)態(tài)服役條件下軸承損傷減輕。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，本發(fā)明根據(jù)不同非穩(wěn)態(tài)服役條件下急加/減速、急變載的情況，利用單球滾動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行變載和變速試驗(yàn)，利用往復(fù)滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行油潤(rùn)滑下材料的摩擦磨損性能測(cè)試，利用三維形貌儀測(cè)量出往復(fù)滑動(dòng)試驗(yàn)中的磨痕面積，再根據(jù)磨損率結(jié)果計(jì)算得出滾動(dòng)條件下軸承材料的非穩(wěn)態(tài)損傷影響因子，從而對(duì)滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。本發(fā)明方法合理可行，設(shè)計(jì)巧妙，評(píng)估軸承非穩(wěn)態(tài)服役條件下的損傷行為，尋找合適的滾動(dòng)軸承非穩(wěn)態(tài)損傷檢測(cè)評(píng)估方法，改善軸承性能，延長(zhǎng)軸承壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：賀甜甜,張永振,王新瑩,朱金榮,杜三明,謝興會(huì),袁春明,劉建,岳赟,傅麗華,逄顯娟,劉澤源,田杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24