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二、回转支承滚道疲劳损伤机理与疲劳承载能力

回转支承本质上是一种低速、重载轴承,因此在研究回转支承滚道疲劳承载能力时,应先了解普通轴承滚道疲劳失效机理和疲劳承载能力相关理论发展历程,轴承的疲劳承载能力通常用载荷-疲劳寿命-可靠度关系来描述。Palmgren等人最早对轴承疲劳失效行为和寿命进行统计研究,认为滚动接触损伤源于次表层的最大正交切应力,定义轴承寿命为裂纹萌生寿命,建立了滚动接触疲劳(RCF)寿命-可靠度联系模型,并提出了工程上实用的轴承寿命设计方法,最终发展成为轴承寿命设计的国际标准,实践证明该方法偏于保守;Chiu等人认为滚动接触疲劳损伤源于材料内部的缺陷,定义轴承寿命为裂纹发展寿命,建立了轴承滚动接触疲劳寿命-可靠度的关系函数;Ioannides和Harris在Palmgren等人的研究基础上,将轴承材料体积离散,引入了接触疲劳应力极限的概念,建立了轴承滚动接触疲劳寿命-可靠度模型;Schlicht等人认为轴承滚动疲劳失效源于表面点蚀,塑性流动和残余应力是影响寿命的决定因素,设计时以米泽斯应力为疲劳寿命计算的特征应力;Tallian认为轴承寿命为裂纹萌生寿命,以正交切应力为寿命设计特征应力,建立的寿命模型考虑了材料疲劳敏感性、疲劳机械、材料内部缺陷分布等;Zaretsky在Palmgren等人的研究成果基础上做了些修正,忽略了应力深度对寿命的影响,设计采用最大切应力为特征应力;Kudish等人认为轴承寿命为裂纹发展寿命,建立了类似Tallian轴承设计方法的模型,考虑了摩擦系数、残余应力、材料硬度、缺陷尺寸等;Leng等人通过试验研究发现裂纹萌生、裂纹稳态发展、裂纹失稳发展寿命在轴承寿命周期中所占的权重分别约为13%、56%、31%;Shimizu研究发现与一般结构钢疲劳问题不同,轴承钢不存在接触疲劳极限,相应地他在模型中引入了轴承失效前最小寿命的概念。

前述各研究者对轴承寿命研究成果基本都是建立在对大量试验和工程数据统计分析的基础上,不能准确反映轴承的失效机理和失效过程中的各种力学行为。也还有许多学者试图通过接触力学和断裂力学等分析研究轴承的失效机理,建立确定的轴承寿命计算模型,并依此解释轴承滚动接触疲劳失效过程中的各种力学现象。最早用力学解析的方法研究轴承滚动接触疲劳的是Keer等人,但是他们的研究结果比正常工程应用模型结果小几个数量级;Zhou等人在断裂力学的基础上建立了综合考虑裂纹萌生和发展周期的轴承寿命模型;Bhargava等人建立的轴承寿命模型以材料接触循环应力作用下的塑性应变累积为基础;Cheng等人假设微观裂纹形成于晶粒滑移边界,提出了基于位错堆积理论的轴承寿命模型;Vincent等人在位错堆积理论的基础上修正建立了考虑应力分量、残余应力等影响的轴承寿命模型;Xu等人研究认为轴承滚动疲劳失效源于塑性应变的累积而不是裂纹顶点的应力强度因子;Lormand等人发展了文森特模型,假设裂纹为II型裂纹,考虑了裂纹发展寿命;Harris等人根据其研究成果建议轴承寿命设计特征应力选用米泽斯应力;Jiang等人运用弹塑性有限元理论建立了综合考虑疲劳破坏和棘轮效应破坏的轴承寿命计算模型,认为轴承疲劳失效源于正交切应力;Ringsberg用弹塑性有限元的方法研究多轴疲劳裂纹形成,引入了临界面的概念,用损伤累积的方法解决滚动接触疲劳问题。 PYjnygVUuOyg9xcypLo31Sz/lyitYyMIS41OMHZxPcg9mPDDNikwysFO+MfW3yf0

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