抗疲劳制造的要义:
1、概念
抗疲劳制造是控制表面完整性和表面变质层,以疲劳性能为主要判据和极限疲劳强度的制造技术。
2、理论
“无应力集中”抗疲劳概念——带有应力集中的构件具有无应力集中时的疲劳强度。从应力集中视觉认识疲劳问题,从应力集中入手解决寿命问题。
3、关键技术体系
(1)材料技术体系
极限性能
高纯净度
(2)抗疲劳制造体系
表面硬化
抗疲劳机械加工
高性能表层改性
无应力集中装配
整体制坯
精密热处理
长效腐蚀防护
疲劳寿命评测与试验
检测
(3)抗疲劳细节设计技术体系
极限性能结构
二、疲劳是滚动轴承典型的失效形式
滚动轴承在载荷下旋转,其滚动体与内外套圈的滚道接触产生交变应力。经过一定时期的交变应力的反复作用,接触表面产生疲劳破坏。疲劳破坏是滚动轴承典型的失效形式。滚动轴承的疲劳失效形式包括次表面起源型疲劳和表面起源型疲劳,此外还有疲劳断裂。次表面起源型疲劳--在轴承滚动接触最大应力处表面以下一定深度,在交变应力的反复作用下形成的疲劳源(微裂纹)逐步向表面扩张而形成的片状剥落。表面起源型疲劳--滚动接触表面处的损伤(制造过程中形成的划伤、碰痕或润滑剂中的硬颗粒造成的微小擦伤)在交变应力作用下产生显微裂纹,逐步扩张,形成浅层片状剥落。疲劳断裂--装配应力、交变应力和强度极限间失去平衡而产生的轴向贯穿状裂缝。
三、滚动轴承抗疲劳对策
针对上述轴承产生疲劳失效的原因,按照赵振业院士在峰会演讲中提出的抗疲劳制造技术的要点,结合轴承行业的实际情况,运用成形技术、热处理技术、机械加工技术、表面改性技术、长效防护技术以及抗疲劳细节设计和制造、高纯净度高耐磨性轴承钢的研发和应用,改善应力分布,降低最大应力;延缓次表面和表面裂纹源的形成和疲劳裂纹的扩张;提高强度极限,防止疲劳断裂,等等,进行抗疲劳制造。
四、轴承抗疲劳制造技术应用案例
案例一、细节设计技术的应用
采取外滚道与滚子的高吻合率(0.96)和内滚道与滚子的低吻合率(0.94)的组合,既提高轴承的疲劳寿命,又控制轴承的功率损耗。
为了降低摩擦力矩,提高疲劳寿命,使轴承在正常工作时产生合理的正歪斜,粗糙度作如下匹配--滚子粗糙度优于内圈,内圈粗糙度优于外圈。
为了提高轴承的疲劳寿命,选取滚子硬度的下限高于套圈滚道硬度的上限。
表面改性是为了降低摩擦,提高耐磨性,减轻打滑造成的轴承工作表面的损伤,以致形成表面起源型疲劳。采取表面改性技术是国际轴承业界通行的做法。
风力发电机增速机轴承在一些工况下存在打滑现象,对轴承工作表面造成损伤。
在高载荷工况下能正常工作的轴承在低载荷工况下容易打滑。风力发电机低风速时,也就是低载荷时,增速器中承载能力较大的轴承就容易打滑。
典型的容易产生打滑的工作状况是高速且载荷为零或低载荷的时候。中间轴和高速轴通常情况下具有较高的转速。在低载荷情况下,高转速时由于滚动体的惯性作用,比低转速时会产生更多的打滑。
轴承信息港从权威人士处获悉:另外一种引起打滑的工况是刹车工况尤其是紧急刹车工况。在风力发电机的整个寿命中,会有大量的停机操作,它们引起的增速器轴承打滑也是非常严重的。
风电增速器一般包括一级行星轮传动和两级平行轴传动。在这种设计中,行星架轴承经常采用具有很好刚性的满滚子轴承。另外,小的风电增速器的行星轮轴承也经常使用满滚子轴承,以提高承载能力。满滚子轴承的滚动体相互接触并且接触点具有相反的运动方向,滚子之间的打滑是不可避免的。