多因素耦合下剥落损伤随机分布特性对轴承疲劳寿命的影响

以控制力矩陀螺的角接触球轴承为研究对象,考虑环境温度、摩擦热、对流换热、轴向力和转速等复杂多应力耦合作用及剥落损伤特征,推导其传热模型、接触应力仿真模型和疲劳寿命仿真模型。对比轴承有疲劳剥落损伤和无疲劳剥落损伤2种情况,分别给出典型工况下的温度、应力和疲劳寿命结果,讨论轴向力和转速对温度和应力的影响,总结疲劳损伤的特征尺寸随机分布对应力和疲劳寿命的影响。结果表明:在同样的条件下,剥落损伤引起的应力集中效应很明显,并且会引起区域温度升高;分别改变转速和轴向力,转速对温度和应力影响更明显;随着轴向力和转速增加,损伤轴承的最高温度和最大应力的大小和增长率均大于无损伤轴承;应力和疲劳寿命对剥落区域的直径更敏感,最大应力随直径增大呈先增大后减小的抛物线形关系,并随着深度增加而减小;虽然当剥落区域取最小直径且最大深度、最小深度且最大直径这2种情况下轴承疲劳寿命大于0,但是在剥落区域直径和深度的大部分取值范围内轴承疲劳寿命均为0。