圆柱滚子轴承打滑损伤试验研究

摘要

圆柱滚子轴承作为航空发动机重要支撑部件，其性能与可靠性直接影响整台设备的安全运行。随着航空发动机朝着高转速、高推重（功重）比方向发展，打滑损伤已成为圆柱滚子轴承主要早期失效形式之一，深入开展圆柱滚子轴承打滑损伤规律研究具有重要的学术和工程应用价值。　　本文首先对航空发动机服役过程中出现打滑损伤的圆柱滚子轴承进行失效分析，以期深入了解圆柱滚子轴承打滑损伤；随后，借助高速滚动轴承试验机实现圆柱滚子轴承打滑损伤，并进行圆柱滚子轴承打滑损伤动力学行为研究；接着，对试验打滑损伤轴承及打滑烧伤轴承进行微观分析；最后，结合圆柱滚子轴承打滑损伤动力学行为研究及微观分析揭示圆柱滚子轴承打滑损伤规律。主要结论如下：　　（1）圆柱滚子轴承打滑损伤失效分析　　航空发动机服役过程中发生打滑损伤的圆柱滚子轴承内圈滚道损伤带表面发生氧化磨损，且距表面较近的位置氧化程度较高，基体Fe元素在局部闪温的作用下被氧化成FeO。圆柱滚子轴承内圈滚道损伤带表面组织发生马氏体向奥氏体转变，致使C元素含量较高。　　（2）圆柱滚子轴承打滑损伤动力学行为研究　　圆柱滚子轴承发生打滑损伤瞬间伴随着其所受的摩擦扭矩、振动加速度及其温度的同步突增，且在润滑不充分和轻载的工况下打滑损伤临界转速较低。减小圆柱滚子轴承所受的径向载荷，增加转速及润滑油粘度都将增加圆柱滚子轴承保持架的打滑率。　　（3）试验打滑轴承微观分析　　圆柱滚子轴承在打滑损伤临界转速下运转时间越长，磨损越严重。试验打滑损伤轴承内圈及滚子损伤表面出现大量剥落坑和裂纹。试验打滑烧伤轴承发生二次淬火烧伤，内圈滚道白层区域组织为二次淬火马氏体。　　（4）圆柱滚子轴承打滑损伤规律研究　　圆柱滚子轴承在高速、轻载及润滑不充分的工况下发生打滑损伤的临界转速更低，打滑损伤会加速圆柱滚子轴承磨损。圆柱滚子轴承打滑损伤机制涉及氧化磨损、磨粒磨损及剥层。打滑损伤瞬间所形成的巨大切应力使得轴承在次表面缺陷处萌生裂纹，随后在循环应力及热的作用下，裂纹沿纵、横向扩展，直至裂纹与表面闭合而形成剥落。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 理论研究现状

1.2.2 试验研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 试验材料及分析方法

2.1 试验材料

2.1.1 试验轴承

2.1.2 微观分析样品

2.2 试验设备及分析方法

2.2.1 轴承试验机

2.2.2 分析设备及方法

2.3 本章小结

第3章 圆柱滚子轴承打滑损伤失效分析

3.1 宏观形貌及轮廓分析

3.2 化学成分及价态分析

3.3 相结构分析

3.4 元素分析

3.5 本章小结

第4章 圆柱滚子轴承打滑损伤动力学行为研究

4.1 圆柱滚子轴承打滑损伤的实现

4.2 圆柱滚子轴承动力学行为研究

4.2.1 转速

4.2.2 径向载荷

4.2.3 进油量

4.2.4 加速度

4.3 圆柱滚子轴承打滑损伤动力学行为研究

4.4 圆柱滚子轴承打滑烧伤的发现

4.5 圆柱滚子轴承保持架打滑率计算分析

4.5.1 拟动力学模型

4.5.2 求解说明

4.5.3 保持架打滑率计算分析

4.6 本章小结

第5章 试验打滑轴承微观分析

5.1 试验打滑损伤轴承微观分析

5.1.1 轮廓分析

5.1.2 微观形貌分析

5.1.3 金相组织分析

5.1.4 元素分析

5.2 试验打滑烧伤轴承微观分析

5.2.1 轮廓分析

5.2.2 微观形貌分析

5.2.3 金相组织分析

5.2.4 元素分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

附录

在学期间发表的学术论文与研究成果

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