[发明专利]一种轴承/齿轮材料胶合失效的定量预测方法

说明书

一种轴承/齿轮材料胶合失效的定量预测方法，涉及轴承/齿轮材料胶合失效的预测技术领域。为了解决现有的胶合失效预测方法并未综合考虑多因素的影响存在适用范围受限的问题和胶合失效的定量边界预测不精确的问题。本发明定量解析摩擦热与塑性变形能综合作用产生的材料热软化行为，以及表层材料塑性流变导致的加工硬化行为；综合考虑服役工况、材料本构关系、润滑状态、接触行为、摩擦热、应变能等因素的耦合作用，基于绝热剪切失稳假设，推导轴承齿轮材料胶合失效的理论预测模型，能够获取轴承/齿轮发生胶合失效时的临界速度和接触压力等定量边界，为轴承和齿轮的抗胶合设计和使用提供基础依据。主要用于轴承/齿轮材料胶合失效的定量预测。

技术领域

本发明涉及轴承/齿轮材料胶合失效的定量预测方法。属于轴承齿轮抗胶合设计与使用技术领域。

背景技术

随着航空发动机、高铁等高端装备的机械动力传动系统工作载荷、转速、温度和功率密度的不断提高，滚动轴承与齿轮面临着在高温、高速、重载和乏油等极端苛刻工况，经常会发生润滑失效、材料微观组织恶化及力学性能劣化等一系列问题。其中，胶合是轴承与齿轮在苛刻工况服役过程中出现的一种灾难性恶性失效行为，会导致机械传动系统丧失工作能力，严重影响系统可靠性。但由于胶合失效通常伴随发生严重的塑性流变、瞬时高温、高剪切应力等，是一个与工况、材料、润滑、接触状态等因素密切相关的复杂问题，因此胶合失效的预测也是一个行业公认的技术难题。目前对于胶合失效的预测，主要以润滑失效、摩擦功耗或剪切失稳为胶合失效判据，这些胶合失效预测方法并未综合考虑多因素的影响，其适用范围受到限制，而且难以精确给出胶合失效的定量边界。

发明内容

本发明是为了解决现有的胶合失效预测方法并未综合考虑多因素的影响存在适用范围受限的问题和胶合失效的定量边界预测不精确的问题。

一种轴承/齿轮材料胶合失效的定量预测方法，包括以下步骤：

步骤一、根据绝热剪切失稳理论和轴承、齿轮材料的高温塑性流变行为的本构方程得到：

其中，τ为剪切应力；γ为塑性应变；T为温度；m和n为材料加工硬化指数；T₀为温度的参考值；B为常数；

步骤二、基于步骤一，结合胶合失效过程中由表层材料大应变率塑性变形能导致的温升T_p和高速摩擦过程中滑滚接触下摩擦热导致的表面温升T_c得到：

ψ＝1.23f_hpa^1/2(ρc_pkv_r)^-1/2

其中，μ为摩擦系数；p_H为赫兹接触压力；v_s为相对滑动速度；f_p为Taylor-Quinney系数；f_hp为热分配系数；a椭圆接触区长半轴半径；ρ为材料密度，c_p为材料比热容；k为材料的热传导系数；v_r为滚动速度；

进一步得到发生胶合的临界塑性应变γ_c为：

γ_c＝(-αμp_Hv_s+β)/τ

α＝ψnρc_p/[(n+1)f_p]

β＝nρc_p(1/B+T₀)/[(n+1)f_p]

由接触表面剪切应力τ_s导致的近表层材料的塑性应变γ_s为：