Page 76 - 理化检验-物理分册2018第四期

司明明, 等: 某高温重载自润滑关节轴承超载试验失效原因分析

图 ８ 轴承内圈边缘 VonMises等效应力和弹性应变云图
Fi g 敭８ Thene p ho g ramofa VonMisese q uivalentstress
andb elasticstrain
力集中, 在实际的试验过程中, 扭矩和载荷是循环交
变的, 因此内圈内侧边缘有可能因为应力集中而产
生疲劳裂纹.销钉和销钉槽在交变扭矩和载荷的作
用下, 其接触面会出现极大的应力集中, 从而萌生疲
劳裂纹, 销钉槽边缘尖角的细微裂纹会从边缘向内
部扩展.
此外还发现内外圈接触面边缘部分也出现了应
力集中现象, 应力在 ９００~１１００ MPa , 因此内外圈
图 ９ 结构优化前后模型对比
接触面边缘部分同样会出现应力集中, 产生疲劳裂
Fi g 敭９ Com p arisonofmodelsbeforeandafterstructureo p timization
纹, 而一旦销钉槽边缘尖角裂纹扩展至此处, 会进一
a ori g inalinnerrin gp ing rooveandinnerrin g rim
步加剧裂纹的扩展, 这会对关节轴承的服役性能产 b structureo p timizedinnerrin gp ing rooveandinnerrin g rim
生极大的影响. c innered g eoftheori g inalouterbevel
d structureo p timizedinnered g eoftheouterbevel
２ 综合分析
如图 ９d ) 所示.
经有限元分析发现, 应力集中主要出现于销钉 图 １０ 是结构优化后的 VonMises等效应力和
槽边缘尖角、 内圈内表面边缘以及内外圈接触面边 弹性应变云图, 可见结构改进后, 在 ８８００kN 载荷
缘.发生应力集中的原因可能是上述 ３ 个部位没有 和两端 ６５０００N m 扭 矩 的 作 用 下, 内 圈 销 钉 槽
边缘尖角 最 大 应 力 低 于 ７３８ MPa , 内 圈 边 缘 部 分
进行倒角处理.修改关节轴承模型结构, 对上述 ３
个部位分别进行倒角处理和优化.结构优化前后的 应力集 中 减 轻, 应 力 低 于 ４００ MPa .同 样 内 外 圈
模型如图 ９ 所示. 接触边缘 部 分 的 应 力 集 中 也 减 轻, 应 力 在 ５００~
如图 ９a ) 所示, 对内圈 １ 处边缘进行边倒角处 ６００ MPa .对 比 结 构 优 化 前 后 的 Von Mises等 效
应力, 结构改进处的应力集中均减轻, 且低于内圈
理, 采用非对称倒角, 倒角参数( １．０mm , ０．５mm );
对内圈 ２ 处进行边倒圆处理, 边倒圆半径 １mm , 优 的压缩 屈 服 强 度 ８００ MPa .因 此, 结 构 改 进 有 利
化后模型如图 ９b ) 所示.如图 ９c ) 所示, 对外圈 １ 处 于关节轴承台架试验的正常进行和轴承疲劳寿命
倒角进行优化, 设置合适的拔模角度, 优化后的模型 的提高.
２ ８ ８