全陶瓷球轴承接触分析与试验研究

周井玲，王新鹏，李 昕

（南通大学机械工程学院，江苏 南通 226019）

1 引言

随着科学技术的快速发展，滚动轴承的使用范围越来越广，对滚动轴承的性能要求越来越高，尤其是在一些特殊环境下，例如高温、低温、强酸、高速、无润滑等，传统的钢制轴承已经满足不了这些需求[1]。当轴承在转动过程中遇到贫油和断油情况时，容易发生轴承抱死，造成事故，而全陶瓷轴承因具有自润滑能力，磨擦系数较低，因此全陶瓷轴承在润滑油不足稀少时，润滑能力也不输润滑良好传统钢轴承[2]。

现以型号6004 全陶瓷深沟球轴承和钢制深沟球轴承为研究对象，对其进行进行接触分析与疲劳寿命试验，比较这两种轴承在无油润滑下的运行状况。

2 接触应力分析

2.1 赫兹接触应力理论

对于只受径向力Fr作用的球轴承，其滚动体所受最大载荷计算公式为：

式中：Fr—轴承所受径向载荷；Z—轴承滚动体数目；α—接触角。

轴承在未收到载荷作用时，接触形式为点接触，其接触几何关系，如图1 所示。同时规定凸面曲率为正，凹面曲率为负，则主曲率代和：

主曲率差函数：

图1 轴承接触几何关系Fig.1 Geometric Relationship of Contact of Bearing

根据赫兹理论，对轴承施加载荷后，其接触区域一般为椭圆，且在接触区域内接触应力按半椭球分布，如图2 所示。

图2 接触区域应力分布Fig.2 Stress of Distribution of Contact Area

接触区域长半轴a、短半轴b 的计算公式为：

式中：a~，b~—与F（ρ）相关的系数；Q—滚动体所受载荷；E¯—当量等

效弹性模量。

将接触面应力沿椭球面接触区域进行积分，可得最大接触应力P0：

2.2 接触应力有限元分析

2.2.1 建立有限元模型