考虑弹流润滑的滚动轴承裂纹萌生及演化模型

doi:10.3901/JME.2024.23.164

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (23): 164-176.doi: 10.3901/JME.2024.23.164

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考虑弹流润滑的滚动轴承裂纹萌生及演化模型

贺志远¹, 陈果¹, 陈家运¹, 刘曜宾¹, 盛嘉玖², 尉询楷³

1. 南京航空航天大学通用航空与飞行学院溧阳 213300;
2. 南京航空航天大学民航学院南京 211106;
3. 北京航空工程技术研究中心北京 100076

收稿日期:2023-12-06 修回日期:2024-05-12 出版日期:2024-12-05 发布日期:2025-01-23
作者简介:贺志远，男，1995年出生，博士，讲师。主要研究方向为滚动轴承故障诊断与损伤疲劳分析等。E-mail：hzy2017@nuaa.edu.cn;陈果(通信作者)，男，1972年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为转子动力学、航空发动机整机振动、状态监测与故障诊断等。E-mail：cgzyx@263.net；cgnuaacca@163.com
基金资助:
国家科技重大专项(J2019-IV-004-0071)、中国航空发动机集团产学研合作项目(HFZL2022CXY021)、国家自然科学基金(52272436)资助项目。

Crack Initiation and Evolution Model for Rolling Bearings Considering Elastohydrodynamic Lubrication

HE Zhiyuan¹, CHEN Guo¹, CHEN Jiayun¹, LIU Yaobin¹, SHENG Jiajiu², WEI Xunkai³

1. College of General Aviation and Flight, Nanjing University of Aeronautics and Astronautic, Liyang 213300;
2. College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106;
3. Beijing Aeronautical Technology Research Center, Beijing 100076

Received:2023-12-06 Revised:2024-05-12 Online:2024-12-05 Published:2025-01-23

摘要/Abstract

摘要： 滚动轴承在润滑装配良好的情况下，其最终的失效形式主要是由滚动接触疲劳引起的次表面裂纹直至表面剥落。为更好地揭示轴承疲劳裂纹的萌生及演化机理，基于连续损伤力学理论和有限元分析，建立了一种高效的考虑弹流润滑(Elastohydrodynamic lubrication,EHL)的轴承裂纹萌生及演化模型。比较了Hertz接触压力与考虑EHL压力耦合因素的轴承疲劳损伤演化结果，同时探讨了不同载荷以及随机表面粗糙度等因素对轴承损伤演化和循环寿命的影响规律。在线弹性力学基础上分析了材料属性对轴承损伤演化的影响。结果表明，仿真模拟的损伤演化过程和剥落形状与现有的试验结果相吻合，研究揭示了轴承裂纹萌生至损伤形成的物理机制，可以作为一种有效的模拟轴承损伤演化的工具。

关键词: 滚动接触疲劳, 弹流润滑(EHL), 损伤力学, 损伤演化, 滚动轴承

Abstract: The final failure form of rolling bearing with sufficient lubrication and fine assembly is the sub-surface crack mainly caused by rolling contact fatigue until the surface spall. In order to better reveal the initiation and evolution mechanism of bearing subsurface fatigue crack, based on the continuous damage mechanics theory and finite element analysis, an efficient model of bearing subsurface crack initiation and evolution considering elastohydrodynamic lubrication (EHL) is established. The damage evolution results of bearing contact fatigue are compared under considering Hertz contact pressure and EHL pressure, respectively. The effects of different loads and random surface roughness on bearing damage evolution and life are also discussed. The influence of material properties on bearing damage evolution is analyzed on the basis of linear elasticity. The result shows that the spall shape of the proposed simulation is consistent with the existing test result, and the research reveals the physical mechanism of bearing crack initiation to damage formation, which can be used as an effective tool to simulate the damage evolution of bearings.

Key words: rolling contact fatigue, elastohydrodynamic lubrication (EHL), damage mechanics, damage evolution, rolling bearing

中图分类号:

TH117

贺志远, 陈果, 陈家运, 刘曜宾, 盛嘉玖, 尉询楷. 考虑弹流润滑的滚动轴承裂纹萌生及演化模型[J]. 机械工程学报, 2024, 60(23): 164-176.

HE Zhiyuan, CHEN Guo, CHEN Jiayun, LIU Yaobin, SHENG Jiajiu, WEI Xunkai. Crack Initiation and Evolution Model for Rolling Bearings Considering Elastohydrodynamic Lubrication[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(23): 164-176.

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Crack Initiation and Evolution Model for Rolling Bearings Considering Elastohydrodynamic Lubrication

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