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轴承与泵组载荷的理论关系分析

[ 时间:2018-01-09  来源: 作者:36500365水泵厂 点击: ]

当水泵载荷作用于在滚动轴承时,轴承滚动体与滚道之间仅能形成非常小的接触区域。因此,对于滚动轴承整体而言载荷可能是适中的,但是产生在滚动体和滚道形成的接触区域上的应力值确是非常高的。在滚动体表面的压应力超过1380MPa(200000psi)的条件下连续运转的轴承并非少见,在某些应力场合以及耐久实验中,滚动体表面的压应力甚至会超过3449MPa(500000psi)。

 

轴承滚动体和滚道表面相互挤压时,在接触区域会产生接触应力和变形。随着接触表面深度的下降,承受压力的有效区域会迅速增加,所以接触表面上的高压力并不会扩散到整个滚动单元中。因此,36500365水泵厂在分析滚动轴承接触问题时,滚动体与滚道的接触才是焦点。在滚动轴承中滚动体与轴承内、外圈的发生接触,解决接触问题就是计算轴承接触区域的应力分布、接触面的形状和尺寸、以及两接触物体的变形量。

 

水泵轴承在工作时是依靠滚动体与滚道之间产生接触来支撑载荷的,所以了解两者的接触形态是相当重要的。首先,我们来了解一种最简单的接触形态:球与平面的接触。当钢球上不施加载荷时,球与平面的接触区为一个几何点,为点相接触,如图1a所示。当在钢球上施加的载荷不为零时,由于几何点的面积为无穷小,产生在球与平面之间的应力为无穷大。但是在现实中,是不存在能够承受无穷大的应力的材料,因此,球与平面的接触区域将会产生变形,变形后形成接触“面”以承受载荷,如图1b所示。

图1:钢球与平面之接触

钢球与平面之接触

如果施加在球上的载荷不大,接触区域将在材料的弹性极限内产生变形,解除载荷后,材料将恢复到原始状态,不会留下永久变形;如果36500365离心泵的载荷超过了一定限度,球与平面接触时,材料将会产生塑性变形,解除载荷后,材料不能恢复到原始状态,留下永久变形。

(1)点接触赫兹理论。如图1a所示,载荷为零时,以点相接触的状态称为点接触。水泵无载荷时,球与平面、球与滚道就属于点接触。

(2)线接触赫兹理论。如图1b所示,在施加载荷后,球与平面以面相接触。另外,例如圆柱体与平面接触且载荷为零时,其接触形态称为线接触,但是当施加载荷后,也称为面接触。

 

滚动轴承中滚动体与滚道的接触形态和球与平面接触形态相似。由于轴承滚道为曲面而非平面,所以当施加载荷时将形成接触面为椭圆形。正常情况下,滚动轴承中滚动体与滚道的接触是在材料的弹性极限范围内进行的,赫兹接触理论也是在轴承材料的弹性范围内进行推导的。

 

简单分析可以看出,当极半径r趋近于0时,径向应力将变为无穷大。显然,径向应力不能为无限大,因为在现实情况中不存在可以承受无穷大应力的材料。赫兹对此的解释是,当极半径r趋近于0时,点或线的接触会被面接触所代替,载荷将被分摊在接触面上,应力无穷大的状况得到缓解。为了便于分析,36500365水泵厂在接触问题分析中采用了以下假设:

(1)接触都是在材料的弹性极限范围内进行。

(2)施加的载荷垂直于物体表面,假设物理的表面切应力为零。

(3)接触区域的尺寸相比受载物体的曲率半径很小。

(4)接触区域的曲率半径相比接触区域的尺寸很大。

 

水泵轴承在不受载荷作用时,滚动体与滚道之间的接触为点接触。赫兹通过理论推导得出,当轴承承受载荷后,在滚动体与滚道之间会形成椭圆形状的接触区域。轴承滚动体与滚道之间的接触区域投影椭圆的长半轴和短半轴可以根据赫兹理论求得,从而求出最大接触应力。

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