[發明專利]一種軸承/齒輪材料膠合失效的定量預測方法

有效

• 申請號: 202010117065.X
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111428315B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 張傳偉;古樂;王黎欽;趙小力;鄭德志;唐光澤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 時起磊

一種軸承/齒輪材料膠合失效的定量預測方法，涉及軸承/齒輪材料膠合失效的預測技術領域。為了解決現有的膠合失效預測方法并未綜合考慮多因素的影響存在適用范圍受限的問題和膠合失效的定量邊界預測不精確的問題。本發明定量解析摩擦熱與塑性變形能綜合作用產生的材料熱軟化行為，以及表層材料塑性流變導致的加工硬化行為；綜合考慮服役工況、材料本構關系、潤滑狀態、接觸行為、摩擦熱、應變能等因素的耦合作用，基于絕熱剪切失穩假設，推導軸承齒輪材料膠合失效的理論預測模型，能夠獲取軸承/齒輪發生膠合失效時的臨界速度和接觸壓力等定量邊界，為軸承和齒輪的抗膠合設計和使用提供基礎依據。主要用于軸承/齒輪材料膠合失效的定量預測。

技術領域

本發明涉及軸承/齒輪材料膠合失效的定量預測方法。屬于軸承齒輪抗膠合設計與使用技術領域。

背景技術

隨著航空發動機、高鐵等高端裝備的機械動力傳動系統工作載荷、轉速、溫度和功率密度的不斷提高，滾動軸承與齒輪面臨著在高溫、高速、重載和乏油等極端苛刻工況，經常會發生潤滑失效、材料微觀組織惡化及力學性能劣化等一系列問題。其中，膠合是軸承與齒輪在苛刻工況服役過程中出現的一種災難性惡性失效行為，會導致機械傳動系統喪失工作能力，嚴重影響系統可靠性。但由于膠合失效通常伴隨發生嚴重的塑性流變、瞬時高溫、高剪切應力等，是一個與工況、材料、潤滑、接觸狀態等因素密切相關的復雜問題，因此膠合失效的預測也是一個行業公認的技術難題。目前對于膠合失效的預測，主要以潤滑失效、摩擦功耗或剪切失穩為膠合失效判據，這些膠合失效預測方法并未綜合考慮多因素的影響，其適用范圍受到限制，而且難以精確給出膠合失效的定量邊界。

發明內容

本發明是為了解決現有的膠合失效預測方法并未綜合考慮多因素的影響存在適用范圍受限的問題和膠合失效的定量邊界預測不精確的問題。

一種軸承/齒輪材料膠合失效的定量預測方法，包括以下步驟：

步驟一、根據絕熱剪切失穩理論和軸承、齒輪材料的高溫塑性流變行為的本構方程得到：

其中，τ為剪切應力；γ為塑性應變；T為溫度；m和n為材料加工硬化指數；T₀為溫度的參考值；B為常數；

步驟二、基于步驟一，結合膠合失效過程中由表層材料大應變率塑性變形能導致的溫升T_p和高速摩擦過程中滑滾接觸下摩擦熱導致的表面溫升T_c得到：

ψ＝1.23f_hpa^1/2(ρc_pkv_r)^-1/2

其中，μ為摩擦系數；p_H為赫茲接觸壓力；v_s為相對滑動速度；f_p為Taylor-Quinney系數；f_hp為熱分配系數；a橢圓接觸區長半軸半徑；ρ為材料密度，c_p為材料比熱容；k為材料的熱傳導系數；v_r為滾動速度；

進一步得到發生膠合的臨界塑性應變γ_c為：

γ_c＝(-αμp_Hv_s+β)/τ

α＝ψnρc_p/[(n+1)f_p]

β＝nρc_p(1/B+T₀)/[(n+1)f_p]

由接觸表面剪切應力τ_s導致的近表層材料的塑性應變γ_s為：