Característiques de fricció de micro-lliscants de les ranures de coixinets de boles d’alta velocitat i carregades de llum

Per als problemes de fricció de micro-lliscament i enrotllament dels principals coixinets de boles de l’eix dels motors d’avions en condicions d’alta velocitat i de càrrega de llum, se suposa que la fricció enrotllada de la superfície de contacte està correlacionada negativament amb l’àrea de la zona d’adhesió. S’estableix un model de micro-lliscament a partir del principi de deformació elàstica del material de la superfície de contacte per estudiar les línies de desplaçament lliscant, les línies de velocitat lliscant, l’estrès de contacte de Hertz, la proporció de rodament lliscant i la fricció enrotllada de la bola d’acer que portava la càrrega a les ranures interiors i exteriors. Els resultats mostren que l’augment de la velocitat del coixinet fa que la línia de desplaçament lliscant i la línia de velocitat corredisses de la bola d’acer a les ranures interiors i exteriors tendeixin a la zona de pic de tensió de contacte, la fricció enrotllada augmenta i es millora la tendència lliscant; Reduir la càrrega radial del coixinet condueix a un augment de la tendència de micro-lliscament de la bola d’acer a la ranura interior i té un efecte menor sobre la ranura exterior; Quan la velocitat és 22 000 r\/min, la relació corredissa de la bola d’acer a la ranura exterior és de 4,4 vegades la de la ranura interior; Sota les mateixes condicions de velocitat, la fricció enrotllada entre la bola d’acer i la ranura exterior és de 7 a 13 vegades la de la ranura interior; Quan la càrrega radial és de 50 N, la fricció enrotllada entre la bola d’acer i la ranura exterior és de 7,6 vegades la de la ranura interior, i la bola d’acer és més propensa al lliscament general i al desgast de micro-slip a la ranura exterior.

Paraules clau rodant del rodament; porta de cargol; motor d’avions; ranura; Fricció rodant; micro-relliscada
El rotor dels motors d’avions moderns té un pes lleuger i d’alta velocitat, i les condicions de càrrega d’alta velocitat i de llum resultants afecten les característiques de fricció de contacte de la ranura del rodament de la bola del cargol. Durant el funcionament normal, la bola d’acer del coixinet no es permet lliscar macroscòpicament sobre la ranura. No obstant això, a causa de la tensió entre els anells interiors i exteriors i la bola d’acer (la relació del radi de bola d’acer amb el radi de curvatura de la ranura de l’anell) i la deformació elàstica del material de contacte, la bola d’acer sempre té un lliscament local minúscul a la zona de contacte. L’alta velocitat fa que el lliscament local de la bola d’acer tendeixi a la zona màxima d’estrès de contacte. La velocitat de micro-lliscament és massa alta, donant lloc a un desgast seriós i escurçar la vida del suport. Alta velocitat redueix la zona d’adhesió de la bola d’acer a la zona de contacte, augmenta la fricció enrotllada i fa que la bola d’acer tendeixi a lliscar macroscòpicament. La càrrega lleugera del rodament també augmenta la fricció de la bola d’acer, cosa que facilita que la bola d’acer es llisqui en general. Per tant, les característiques de fricció de micro-slip i rodatge de la bola d’acer del coixinet a la ranura limiten la velocitat màxima i les condicions de càrrega del coixinet. Una vegada que el micro-lliscament s’estengui a tota l’àrea de contacte, provocarà una fallada greu del motor. Distingir l’àrea d’adhesió i l’àrea de relliscament de l’el·lipse de contacte i prediu que les característiques locals de micro-lliscament i fricció enrotllades de la bola d’acer són beneficioses per al disseny del suport, l’aplicació segura i l’anàlisi del rendiment.
Els estudiosos domèstics i estrangers han realitzat un gran nombre d’estudis sobre les característiques de fricció de contacte de les ranures de boles [1-3]. El focus es centra en la tensió de cisalla de fricció, la tracció de fricció i el parell d’arrossegament de la bola d’acer a la ranura. La tracció total de fricció s’obté integrant la tensió de cisalla de fricció a tota l’àrea de contacte. Tanmateix, les característiques locals de micro-slip i stick-slip no solen ser considerades per a l’àrea de contacte i no es distingeix el límit integral de la tensió de cisalla. De fet, la bola d’acer s’enrotlla incompleta a la zona de contacte. A mesura que augmenta la proporció de rodes de diapositives, augmenta la deformació elàstica del material de la superfície de contacte. Quan s’acumuli fins a cert punt, la ranura tindrà un micro-slip local i, a continuació, l’àrea d’adhesió el·líptica continuarà disminuint i la fricció enrotllada continuarà augmentant. Finalment, tota l’àrea de contacte evoluciona cap a una zona de relliscament. La fricció enrotllada de la bola d’acer està estretament relacionada amb el coeficient de fricció, l’estrès de contacte, les dimensions geomètriques i l’àrea d’adhesió de la zona de contacte. Reuss et al. [4] va establir un model de fricció enrotllat per a coixinets de boles lineals, suposant que la fricció enrotllada a la zona d’adhesió de contacte canvia linealment amb el desplaçament del rodatge. La línia de transició de lliscament de pal i la línia de rodatge pura es determinen mitjançant el desplaçament relatiu màxim i el parell de fricció mínim com a condicions, respectivament, i les propietats de lliscament de pal de la superfície el·líptica de contacte s’analitzen per obtenir la fricció de cada zona de lliscament de pal. Kimura et al. [5] va estudiar el problema de desgast de micro-lliscament entre boles d'acer i solcs. La zona d’adhesió de l’el·lipse de contacte es va determinar a partir del desplaçament lliscant relatiu causat per la deformació elàstica del material de la superfície de contacte per adaptar -se a la diferència de velocitat de rodament i la zona de lliscament es va dividir segons la força de tracció en el punt de contacte que supera la força de fricció estàtica. Ning Fengping et al. [6] va proposar un model de micro-lliscament per al contacte entre boles d'acer i solcs, però no va realitzar investigacions en profunditat sobre el procés de modelatge, el comportament de micro-lliscament i els factors d'influència de fricció.
Alguns estudiosos han realitzat investigacions sobre les característiques de contacte de la ranura dels coixinets de boles per als reductors i aerogeneradors de l'helicòpter [7-8], centrant-se en el Wear Micro-Motion: Kwak et al. [9] va establir un model de contacte elàstic local dels coixinets de boles de contacte angulars del centre de rodes basats en l’assumpció del cos semi-infinit i va utilitzar funcions d’influència per realitzar anàlisis de contacte tridimensionals per obtenir la posició i la mida de l’el·lipse de contacte de la ranura sota la càrrega axial límit; Pathuvoth et al. [10] va utilitzar la tensió màxima de contacte de la truncació d'el·lipse per avaluar la capacitat de càrrega estàtica del coixinet de la placa giratòria; Ma Zikui et al. [11] va calcular el parell de fricció del rodament de boles basat en la teoria del rotllo de contacte, revelant les característiques de l'adhesió i el rodatge de la bola d'acer a la ranura. Els estudis anteriors analitzen principalment les característiques de micro-lliscament de les ranures de boles en condicions de baixa velocitat i de càrrega pesada, i la investigació sobre la proporció de rotlle de solc és insuficient. Normalment, la proporció de rodes entre la bola d’acer i la ranura és petita, però és el factor principal que afecta la fricció de la ranura [12]: Zhao Erhui et al. [13] va establir un model de lubricació elastohidrodinàmica de contacte puntual per estudiar l'efecte de la relació de rodes sobre la interfície de pel·lícula petroliera en la lubricació elastohidrodinàmica, que assenyala que l'augment de la proporció de rotlle de lliscament condueix a un augment significatiu de l'amplitud de la interfície i el rang de lliscament i que la capacitat de suport de la zona de relliscada disminueix un 6,4%; Zhang Binbin et al. [14] va estudiar l'efecte de la proporció de rodes sobre la lubricació elastohidrodinàmica tèrmica dels coixinets de boles de contacte angulars. Els resultats mostren que l’augment de la proporció de rotlle de lliscament fa que el pic de pressió de la pel·lícula d’oli i la depressió de pel·lícula d’oli tendeixin al centre de pressió i l’amplitud continua augmentant; Zhang Yu et al. [15] va estudiar les característiques de fricció dels rodaments en estat en estat de lubricació elastohidrodinàmica i va assenyalar que l'augment de la proporció de rotlle de lliscament pot augmentar el coeficient de fricció enrotllat. Per tant, la proporció de rodament de la superfície de contacte afecta directament la distribució de la càrrega de contacte i la mida de la zona de lliscament.
En resum, en el passat, quan estudiava el parell d’arrossegament de fricció de la bola d’acer a la ranura, tota l’el·lipse de contacte es va utilitzar com a límit integral de la tensió de cisalla, sense distingir entre la zona d’adhesió i la zona de lliscament, i era impossible predir les característiques de lliscament i fricció locals. També hi va haver una investigació sobre les característiques de fricció de micro-lliscament de la ranura en condicions d’alta velocitat i de càrrega de llum. Per tant, aquest treball té com a objectiu les condicions d’alta velocitat i la càrrega de llum dels motors d’avions, suposa que la força de fricció enrotllada de l’el·lipse de contacte està correlacionada negativament amb l’àrea de la zona d’adhesió i estableix un model de micro-lliscament de la bola del cargol basada en el principi de deformació elàstica del material de la superfície de contacte. S’estudien les línies de desplaçament lliscant, les línies de velocitat corredissa, la distribució de l’estrès del contacte hertzià, la relació de rodament lliscant i la fricció enrotllada de la bola d’acer a les ranures interiors i exteriors per revelar les característiques locals de micro-lliscament i fricció enrotllades de la ranura en condicions d’alta velocitat i de càrrega de llum.