基于统计分析的等离子喷涂层接触疲劳寿命和失效模式

在不同应力水平下考察等离子喷涂镍基合金涂层的滚动接触疲劳寿命和失效模式。以R-3.1.1软件为平台,采用统计分析方法(方差分析、回归分析、判别分析等)对其进行分析和讨论。结果表明:涂层的滚动接触疲劳寿命呈正态分布;随着接触应力的增加,涂层的均值寿命和方差都减小,并且疲劳寿命的分布更加集中;方差分析表明,接触应力对涂层的滚动接触疲劳寿命有显著性影响,且寿命均值与接触应力具有高度的线性相关性;建立了涂层失效模式的判别准则,当指定接触应力和疲劳寿命时可以预测涂层的失效模式,且预测正确率在65%以上;疲劳寿命对失效模式的累积贡献率明显高于接触应力对失效模式的累积贡献率,因此疲劳寿命是决定涂层失效模式的主要因素。     

考虑滑动和热膨胀的球轴承局部故障动力学建模EI北大核心CSCD

研究外圈局部剥落故障球轴承工作时的动力学特性,并建立考虑滑动和热膨胀的球轴承动力学模型。首先把轴承简化为只考虑径向接触力的弹簧-阻尼模型,研究滚动体在滚道中刚开始承受载荷时的滑动作用,得到考虑滑动作用的滚动体与滚道间的角度关系模型。对外圈局部剥落故障区域附近滚动体的接触刚度和位移变化进行研究,分析滚动体在进入和退出剥落区过程中不同状态下的接触刚度和径向位移的变化情况,修正剥落故障区域附近滚动体与滚道的接触刚度值,得到时变刚度模型和时变位移模型,使动力学模型仿真信号更接近真实情况。利用局部法计算球轴承内部各接触组件间摩擦产生的热量,结合热网络法和球轴承瞬态热平衡方程计算轴承各节点的温度。研究球轴承内部滚动体的径向热膨胀位移,修正轴承动力学模型中滚动体的时变位移模型。以牛顿第二定律和Hertz接触理论为基础,充分考虑滚动体的滑动作用、热膨胀位移和剥落区域时变刚度、时变位移,建立球轴承外圈局部故障二自由度动力学模型,使用四阶龙格库塔法对模型进行求解。利用试验与模拟结果对比,证明模型的可行性。     

挤出机推力轴承盘失效分析

挤出机推力轴承服役几个月推力盘便发生了断裂失效。采用宏观分析、化学成分分析、硬度测试、金相检验和断口扫描电镜分析等方法对断裂的推力盘进行了分析。结果表明：该轴承推力盘失效形式为起源于次表层的接触疲劳,装配和使用过程造成推力盘过载是导致其早期接触疲劳失效的主要原因。     

微合金化渗碳齿轮钢的接触疲劳性能

通过滚动接触疲劳试验方法,研究了两种渗碳齿轮钢的接触疲劳性能.结果发现,渗碳齿轮钢接触疲劳试样失效方式主要为渗碳层的点蚀和剥落.氧含量较低的Nb微合金化齿轮钢(含0.04%的Nb)中氧化物夹杂数量少、尺寸小,接触疲劳裂纹起裂较难;同时,Nb微合金化齿轮钢渗碳层晶粒尺寸小、硬度高,提高了疲劳裂纹萌生及扩展阻力,导致Nb微合金化后,齿轮钢的接触疲劳寿命大幅度提高.     

发动机惰轮轴承剥落失效分析

某汽车发动机惰轮轴承在路试时轴承出现异响现象,拆解后发现轴承内套圈滚道面发生剥落失效。通过对该失效轴承进行宏观检检、化学成分分析、硬度测试、金相检验、能谱分析和扫描电镜分析,找到了该轴承失效的根本原因。结果表明:由于异常工况使轴承内圈滚道次表面发生白色组织变异,在运转中接触疲劳导致局部区域剥落。同时轴承内套圈材料的颗粒状碳化物聚集分布构成带状偏析和粗大的碳化物,导致钢的力学性能,尤其是疲劳性能显著下降,在受到异常冲击载荷和较大振动的情况下,也易成为疲劳剥落的发源地。     

超音速等离子喷涂Fe基合金层疲劳损伤声发射信号的处理与分析

为了通过对声发射信号的处理来诊断涂层接触疲劳损伤,采用超音速等离子喷涂在淬火45钢上制备了Fe基合金涂层,采用扫描电镜及其附带的能谱仪观察涂层形貌、分析涂层成分;在球盘式滚动接触疲劳试验机上进行接触疲劳试验,借助声发射系统采集涂层接触疲劳失效前和失效时的声发射信号;采用小波变换和经验模态分解对声发射信号在不同尺度上进行分解和重构,提取了包含疲劳损伤信息的波形和频率特征。结果表明:Fe基合金涂层结构致密,存在少量孔隙,在沉积粒子边界处存在少量微观裂纹,孔隙率为2.753 5%,等离子喷涂过程中,Fe,Cr和Si只发生少量的烧损且在涂层内分布均匀;接触疲劳失效前的声发射信号以连续型为主,失效时以突发型为主,采用小波变换和经验模态分解均可获得涂层接触疲劳失效前和失效时较为纯净的疲劳损伤声发射信号;2种方法重构的涂层接触疲劳失效前和失效时声发射信号波形相似,经验模态分解方法对400 kHz以上高频和100 kHz以下低频干扰信号的滤除效果明显不及小波变换。     

高速列车轴箱轴承多故障滚动体振动模型及其缺陷定位方法

针对传统时域分析方法识别滚动轴承故障滚动体数量和相位信息容易失效的问题,建立了存在多个故障滚动体的滚动轴承振动模型,并提出了基于包络谱和卷积平均思想的故障滚动体定位方法。所提模型综合考虑了包括轴承几何结构、轴转速、轴承载荷分布、传递函数、振动的指数衰减和滚动体随机滑动等多个因素。结合所提模型,推导出不同滚动体缺陷激发的最大冲击的时间间隔受缺陷在滚动体上的位置分布的影响,导致该时间间隔存在较大波动。阐述了传统时域分析中,采用最大冲击间隔定位故障滚动体容易失效的原因。应用高速列车轴箱轴承试验数据验证了所提模型的准确性和所提缺陷定位方法的有效性,结果表明,所提模型对理解滚动体故障轴承的振动机理和对设计具体的分析和诊断工具有所帮助,所提缺陷定位方法能有效识别故障滚动体的数量和间隔信息,相比传统时域分析方法,缺陷定位的效率和抗噪声干扰能力得到了显著提高。     

高速滚动轴承力学特性建模与损伤机理分析

滚动轴承广泛应用于航空发动机转子、高速数控机床主轴、高速列车轮对等高速旋转机械系统中,其力学特性和运行状态对整个转子系统的精度、可靠性及寿命等具有重要的影响。当转子-轴承系统在高速旋转时,所产生的离心惯性力和陀螺力矩,使轴承负荷增加,高速旋转的轴承内圈还将发生径向离心膨胀变形;另外,随着运行时间的增长,工作温度将升高,转子、轴承等部件会发生热变形。在离心惯性力和工作温升的综合作用下,轴承结构元件的几何位置关系会发生改变,从而改变轴承的刚度、应力、应变等动态特性。本文考虑了旋转内圈离心膨胀和热膨胀变形对轴承内部几何位移的影响,对Jones提出的轴承模型进行改进,建立了一种高速滚动轴承力学模型,可以预测滚动体与内圈、外圈之间的接触角、接触变形以及接触载荷等参数,并计算轴承刚度。在该轴承力学模型的基础上,研究了静载荷、动态载荷及高转速等工况下滚动轴承内部接触载荷、接触位置的变化规律,并基于材料疲劳失效理论对轴承的损伤机理和早期损伤部位进行了分析,为高速滚动轴承的损伤识别和故障诊断提供理论依据。     

考虑弹流润滑及滑动作用下滚动轴承系统局部缺陷位移激励动力学建模

滚动轴承动力学模型可深入的分析轴承局缺陷动态响应特性。针对滚动轴承局部缺陷动力学建模在弹流润滑、滑动和轴承座等方面考虑因素不全的问题,建立弹流润滑及滑动作用下滚动轴承系统局部缺陷位移激励的二自由度动力学模型。首先对滚动体与滚道间的接触刚度、润滑油膜刚度和阻尼、轴承座刚度和阻尼计算并求得总的接触刚度和阻尼,然后再加入滑动更能真实的模拟轴承实际的运转情况;根据牛顿第二定律建立了局部缺陷轴承动力学方程,利用四阶龙格库塔方法求解,得到轴承局部缺陷的动态响应。通过对比故障滚动轴承试验与模型模拟的结果,验证了所建模型的正确性。     

高铁轴承的接触应力分布研究

高速铁路列车轴箱轴承简称高铁轴承,是高速动车的关键部件,要求有较长的使用寿命。大多数高铁轴承的失效破坏往往起源于接触面下的某些点。因此在分析高铁轴承的基础疲劳寿命时,确定接触表面的应力分布对寻找最大应力值就非常重要。本文分别利用赫兹理论和弹性接触应力分析理论,结合有限元分析方法,探究了某型号高铁轴承的滚子与滚道接触时的应力分布。     

n-Al2O3/Ni复合电刷镀层的接触疲劳行为

为研究纳米颗粒复合电刷镀层的接触疲劳行为,通过在镍盐溶液中加入纳米氧化铝(n-Al2O3)颗粒,采用电刷镀技术制备了含n-Al2O3颗粒的镍基复合镀层(n-Al2O3/Ni),采用接触疲劳试验机评价了镀态和热处理态的n-Al2O3/Ni复合镀层的抗接触疲劳性能,并与纯镍刷镀层进行了性能对比.借助SEM和TEM对复合刷镀层的组织进行了分析,探讨了复合刷镀层的接触疲劳失效过程以及纳米颗粒等对刷镀层疲劳失效过程的影响.研究表明:n-Al2O3/Ni复合镀层在镀态下的接触疲劳寿命超过100万周次,明显高于纯镍镀层;退火后n-Al2O3/Ni复合镀层接触疲劳寿命为45.9万次,为纯镍镀层的1.62倍;复合镀层的接触疲劳失效过程分为裂纹萌生、裂纹扩展和镀层断裂3个阶段;纳米颗粒在复合镀层接触疲劳失效过程中起到阻碍位错滑移的作用,从而抑制塑性变形和裂纹扩展,使复合镀层具有较高的接触疲劳寿命.     

等离子喷涂铁基涂层的接触疲劳失效机理研究

对超音速等离子喷涂铁基涂层的接触疲劳失效机理进行了研究.使用球盘式接触疲劳试验机进行了涂层的接触疲劳实验,并通过对失效试样表面形貌的观察,总结出了涂层三种典型的失效形式,即点蚀、剥落和分层.分别研究了三种失效形式的相应的失效机理,结果表明:点蚀失效是由粗糙的表面引起的;剥落失效是由于表层与次表层的微观缺陷引起的;而分层失效则由涂层内部的剪切应力机制决定.     

客车轴箱滚动轴承失效分析

客车轴箱滚动轴承运行仅40×104km后发现轴承失效。采用化学分析、硬度测定、扫描电子显微镜检查和金相分析方法,对失效轴承滚动元件的化学成分、硬度、显微组织和滚动道(面)上的点状缺陷的形貌特征进行了分析。分析结果表明,轴承失效是由于电点蚀所致。提出了预防电点蚀的措施。     

滚动轴承稳定工况下的滚动体打滑动力学分析

打滑是造成滚动轴承表面擦伤甚至失效的重要原因,目前滚动轴承打滑的研究主要集中在恶劣工况,而对正常稳定工况下滚动体的打滑问题关注甚少。针对正常稳定工况下滚动体的打滑问题,考虑径向游隙、保持架兜孔间隙等非线性因素,基于线性压缩弹簧建立滚动体-保持架作用模型,采用分段线性函数描述摩擦因数与滑移速度的关系,建立滚动体打滑非线性动力学模型,分析滚动体在轴承运转过程中的打滑机理及工况参数对滚动体打滑的影响机理。研究结果表明:滚动体在承载区的前段存在急加速现象,存在相对较严重的打滑;滚动体与外圈的滑动相比内圈更严重;轴承转速的增加会增大承载区前段滚动体的打滑速度;载荷增加会降低滚动体打滑程度,缩小滚动体打滑范围。     

风能发电机组结构件的失效分析与预防(续完) 第3讲轴承的失效分析与预防

轴承在风能发电机组上具有广泛的应用。对滚动轴承的结构、类型、失效形式及其失效原因做了归纳与总结,对其最常出现的疲劳磨损失效形式及机理进行了较为深入的分析与讨论。用综合检测结果和实际应用效果辩证地论述了残余奥氏体、加工精度、材料的冶金质量以及残余应力等对轴承实际使用寿命的影响。对风电机组上轴承的应用和失效特点做了介绍,以实际案例展示了风电机组上轴承的另一种比较特殊的失效形式即氢脆或氢脆疲劳,并对其产生原因做了分析与探讨。最后提出了风电机组上轴承失效的预防措施。     

实际使用中滚动轴承发生疲劳失效的原因

为减少轴承疲劳失效现象的发生,提高其使用寿命,从原材料的质量、轴承的加工精度和滚动轴承的工作状况分析了滚动轴承疲劳失效产生的原因,包括原材料缺陷、热处理后的组织状态、工作表面加工质量、安装质量、使用状况以及润滑介质等,并提出了相应的改进措施。     

试验机结构参数对被试球接触应力影响

利用轴承球三点接触纯滚动疲劳试验机,以氮化硅陶瓷球作为被试球,根据Hertz弹性接触理论,针对于纯滚动接触状态,分析了试验机滚轮直径、凹弧直径、陪试滚子直径对被试球三点最大接触应力相对差值的影响;数值结果表明:当滚轮半径为25mm,凹弧半径为40mm,陪试滚子半径为12.5mm,被试球半径变化范围为4.25mm-10....     

考虑滚动体滑移的全陶瓷角接触球轴承非线性动态特性分析

为了探究陶瓷滚动体发生滑移运动时全陶瓷角接触球轴承的动态特性,建立了滚动体与轴承外圈的接触模型,计算了滑移情况下的接触参数。在此基础上建立了考虑滚动体滑移行为的全陶瓷角接触球轴承动力学模型,通过模型的计算结果分析了轴承系统的振动特性和周期规律。由模型计算结果可知,滚动体发生滑移运动时接触变形和接触面积随载荷的增大而增大,然而接触变形远小于正常接触时的情况,接触面积大于正常接触时的情况。搭建了轴承转子试验台进行振动试验,在试验工况条件下得到的全陶瓷轴承振动幅值与模型计算的结果平均误差仅为0.68%,证明了模型的准确性。该研究为全陶瓷角接触球轴承的接触机理研究和动态特性分析提供了一定的理论依据。     

涂层疲劳损伤声发射特征参数及损伤机理

使用超音速等离子喷涂设备在1045钢基体上制备了铁基合金涂层。以球盘式接触疲劳试验机为平台,研究了涂层接触疲劳损伤过程中声发射特征参数的变化规律,并分析了涂层的接触疲劳损伤机理。结果表明,在转速为2500r/min和应力水平为1.58GPa实验条件下,点蚀是涂层的主要失效形式,表现为在涂层磨痕轨迹范围内出现大量的点蚀坑,点蚀坑深度为20～30μm。涂层表面粗糙的微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损,以及涂层、磨粒、滚动轴承三者形成三体磨料磨损是点蚀失效产生的主要原因。声发射幅值、有效值(Root Mean Square,RMS)、能量、计数和平均频率对涂层表面粗糙微凸体去除、弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定扩展和失稳扩展过程比较敏感,并且在不同的疲劳损伤阶段具有不同的信号反馈特点。     

基于弹塑性滚动接触疲劳法评价硬质薄膜结合强度

滚动接触疲劳法表征结合强度的剪切应力幅是一个对界面因素敏感,而对非界面因素不敏感的力学参量,能真实反映膜基结合状态,是较为合理的动态结合强度评价方法。但由于应力计算的模型采用弹性力学方法,对膜基结合强度较高而厚度很小的薄膜,往往加大载荷也较难使膜基界面发生分离。本文采用小直径、高弹性模量Al_2O_3球的滚动接触疲劳方式,对高结合强度的硬质薄膜进行评价,并采用有限元方法计算弹塑性变形条件下的应力分布,切应力幅的计算结果具有合理性。改进后的滚动接触疲劳法允许基体发生弹塑性变形,界面切应力大幅度提高,能够在相对较少周次下造成薄膜剥落,失效部位发生于界面,因而更适合于评价结合强度较高的硬质薄膜。