Yüksek hızlı ve ışık yüklü iş mili rulmanlarının oluklarının mikro kayma sürtünme özellikleri

Yüksek hızlı ve ışık yükü koşulları altında uçak motorlarının ana şaft bilyalı yataklarının mikro kayma ve yuvarlanma sürtünme problemleri için, temas yüzeyinin yuvarlanma sürtünmesinin yapışma bölgesi alanı ile negatif korelasyon gösterdiği varsayılmaktadır. Kayar yer değiştirme çizgilerini, kayar hız çizgilerini, Hertz temas stresi, kayar yuvarlama oranı ve iç ve dış oluklarda yük taşıyan çelik bilyanın yuvarlanma sürtünmesini incelemek için temas yüzeyi malzemesinin elastik deformasyon prensibine dayanan bir mikro-kayma modeli oluşturulur. Sonuçlar, yatak hızının arttırılmasının, iç ve dış oluklardaki çelik bilyanın kayar yer değiştirme çizgisini ve kayma hız hattını temas gerilimi tepe alanına, yuvarlanma sürtünme artışına ve kayma eğiliminin arttığını; Yatağın radyal yükünün azaltılması, iç oluktaki çelik bilyanın mikro kayma eğiliminde bir artışa yol açar ve dış oluk üzerinde daha küçük bir etkiye sahiptir; Hız 22 000 r\/dk olduğunda, çelik bilyanın dış oluğa kayar yuvarlama oranı iç oluğun 4,4 katıdır; Aynı hız koşulları altında, çelik bilyası ve dış oluk arasındaki yuvarlanma sürtünmesi, iç oluğun 7 ila 13 katıdır; Radyal yük 50 N olduğunda, çelik bilyası ve dış oluk arasındaki yuvarlanma sürtünmesi iç oluğun 7,6 katıdır ve çelik bilek, dış olukta genel kayma ve mikro kayma aşınmasına daha yatkındır.

Anahtar Kelimeler Yatak; Mil yatağı; uçak motoru; oluk; yuvarlanan sürtünme; mikro kayma
Modern uçak motorlarının rotoru hafif ve yüksek hızda hafiftir ve ortaya çıkan yüksek hızlı ve ışık yükü koşulları, iş mili bilyalı yatak oluğunun temas sürtünme özelliklerini etkiler. Normal çalışma sırasında, rulman çelik bilyasının oluk üzerinde makroskopik olarak kaymasına izin verilmez. Bununla birlikte, iç ve dış halkalar ile çelik bilyalı (çelik bilyalı yarıçapının halka oluk eğriliği yarıçapına oranı) ve temas malzemesinin elastik deformasyonu arasındaki sıkılık nedeniyle, çelik bilyası her zaman temas alanında küçük lokal kaymaya sahiptir. Yüksek hız, çelik bilyanın yerel kaymasının temas stresinin tepe alanına eğilimli olmasına neden olur. Mikro kayma hızı çok yüksektir, bu da ciddi oluk aşınmasına ve yatak ömrünü kısaltmaya neden olur. Yüksek hız, temas alanındaki çelik bilyanın yapışma alanını azaltır, yuvarlanma sürtünmesini arttırır ve çelik bilyanın makroskopik olarak kayma eğiliminde olur. Yatak üzerindeki ışık yükü de çelik bilyanın yuvarlanma sürtünmesini arttırır, bu da çelik bilyanın bir bütün olarak kaymasını kolaylaştırır. Bu nedenle, oluktaki rulman çelik bilyasının mikro kayma ve yuvarlanma sürtünme özellikleri, yatağın maksimum hız ve yük koşullarını sınırlar. Mikro kayma tüm temas alanına uzandığında, ciddi motor arızasına neden olur. Kontak elipsinin yapışma alanını ve kayma alanını ayırt etmek ve çelik bilyanın yerel mikro-kayma ve yuvarlanma sürtünme özelliklerini tahmin etmek, yatak tasarımı, güvenli uygulama ve performans analizi için faydalıdır.
Yerli ve yabancı akademisyenler, bilyalı yatak oluklarının temas sürtünme özellikleri hakkında çok sayıda çalışma yürütmüştür [1-3]. Odak, sürtünme kesme gerilimi, sürtünme çekişi ve çelik bilyanın oluktaki sürükleme torkudur. Toplam sürtünme çekişi, tüm temas alanına sürtünme kayma gerilimi entegre edilerek elde edilir. Bununla birlikte, lokal mikro kayma ve çubuk kayma özellikleri genellikle temas alanı için dikkate alınmaz ve kesme geriliminin integral sınırı ayırt edilmez. Aslında, çelik top temas alanında eksik bir şekilde yuvarlanır. Slide-roll oranı arttıkça, temas yüzeyi malzemesinin elastik deformasyonu artar. Belli bir şekilde biriktiğinde, oluğun yerel mikro kayma bulunduğu ve daha sonra eliptik yapışma alanı azalmaya devam edecek ve yuvarlanan sürtünme artmaya devam edecektir. Son olarak, tüm temas alanı bir kayma bölgesine dönüşür. Çelik bilyanın yuvarlanma sürtünmesi, temas katsayısı, temas stresi, geometrik boyutlar ve temas alanının yapışma alanı ile yakından ilişkilidir. Reuss ve ark. [4], temas yapışma alanındaki yuvarlanma sürtünmesinin yuvarlanma yer değiştirmesi ile doğrusal olarak değiştiği varsayılarak doğrusal bilyalı yataklar için bir yuvarlanma sürtünme modeli oluşturmuşlardır. Çubuk-kayma geçiş hattı ve saf haddeleme çizgisi, koşullar olarak sırasıyla maksimum göreceli yer değiştirme ve minimum sürtünme torku kullanılarak belirlenir ve temas eliptik yüzeyinin çubuk kayma özellikleri, her çubuk kayma bölgesinin sürtünmesini elde etmek için analiz edilir. Kimura ve ark. [5] çelik toplar ve oluklar arasındaki mikro kayma aşınma problemini incelemişlerdir. Kontak elipsinin yapışma bölgesi, temas yüzeyi malzemesinin haddeleme hızı farkına uyum sağlamak için elastik deformasyonunun neden olduğu nispi kayan yer değiştirmeye göre belirlendi ve kayma bölgesi, temas noktasındaki maksimum statik sürtünme kuvvetini aşan çekiş kuvvetine göre bölündü. Ning Fengping ve ark. [6] çelik bilyalar ve oluklar arasındaki temas için bir mikro kayma modeli önermiş, ancak modelleme işlemi, mikro kayma davranışı ve sürtünme etkileyen faktörler hakkında derinlemesine araştırma yapmamıştır.
Bazı akademisyenler, helikopter azaltıcılar ve rüzgar türbinleri [7-8}}}] için kanal rulmanlarının oluk rulmanlarının oluk temas özellikleri hakkında araştırmalar yapmışlardır: Kwak ve ark. [9] yarı-sonsuz vücut varsayımına dayanan tekerlek göbeği açısal temaslı rulmanların lokal elastik bir temas modeli oluşturmuş ve sınır eksenel yükü altında oluk temas elipsinin konumunu ve boyutunu elde etmek için üç boyutlu temas analizi gerçekleştirmek için etki fonksiyonlarını kullanmıştır; Patuvoth ve ark. [10], pikap yatağının statik yük taşıma kapasitesini değerlendirmek için elips kesiminin maksimum temas stresini kullandı; Ma Zikui ve ark. [11], haddeleme temas sürünme teorisine dayanarak bilyalı rulmanın sürtünme torkunu hesaplayarak, oluktaki çelik bilyanın yapışmasını ve haddeleme özelliklerini ortaya çıkarmışlardır. Yukarıdaki çalışmalar esas olarak düşük hızlı ve ağır yük koşulları altında bilyalı yatak oluklarının mikro kayma özelliklerini analiz etmektedir ve oluk kayma-yuvarlama oranı üzerindeki araştırmalar yetersizdir. Genellikle, çelik bilyası ve oluk arasındaki kayma yuvarlama oranı küçüktür, ancak oluk sürtünmesini etkileyen ana faktördür [12]: Zhao Erhui ve ark. [13], kayma-yuvarlama oranının elastohidrodinamik yağlamadaki yağ filmi arayüzü üzerindeki etkisini incelemek için bir nokta teması elastohidrodinamik yağlama modeli oluşturmuş, bu da arayüz kayma genliği ve kayma aralığında önemli bir artışa yol açtığını ve kayma bölgesinin%6.4'ü azalmaya yol açtığını belirtmektedir; Zhang Binbin ve ark. [14] kayma-yuvarlama oranının açısal temas top rulmanlarının termal elastohidrodinamik yağlanması üzerindeki etkisini incelemişlerdir. Sonuçlar, kayma-yuvarlanma oranının arttırılmasının, yağ filmi basıncı zirvesinin ve yağ filmi depresyonunun basınç merkezine eğilimli olmasına neden olduğunu ve genliğin artmaya devam ettiğini göstermektedir; Zhang Yu ve ark. [15] elastohidrodinamik yağlama durumundaki yuvarlanma rulmanlarının sürtünme özelliklerini incelemiş ve kayma-yuvarlama oranının arttırılmasının yuvarlanma sürtünme katsayısını artırabileceğine dikkat çekmiştir. Bu nedenle, temas yüzeyinin kayma-yuvarlama oranı, temas yük dağılımını ve kayma bölgesinin boyutunu doğrudan etkiler.
Özetle, geçmişte, oluktaki çelik bilyanın sürtünme sürtünme torkunu incelerken, tüm temas elips, yapışma bölgesi ile kayma bölgesi arasında ayrım yapmadan kayma stresinin integral sınırı olarak kullanıldı ve lokal kayma ve sürtünme karakteristiklerini tahmin etmek imkansızdı. Ayrıca, yüksek hızlı ve ışık yükü koşulları altında oluğun mikro kayma sürtünme özellikleri hakkında araştırma eksikliği vardı. Bu nedenle, bu makale uçak motorlarının yüksek hızlı ve ışık yükü koşullarını hedeflemektedir, temas elipsinin yuvarlanma sürtünme kuvvetinin yapışma bölgesi alanı ile negatif korelasyon gösterdiğini varsaymakta ve temas yüzeyi malzemesinin elastik deformasyon prensibine dayanan bir iş mili bilyalı rulmanının bir mikro kayma modeli oluşturur. Kayar yer değiştirme çizgileri, kayar hız çizgileri, Hertzian temas stresi dağılımı, kayar haddeleme oranı ve iç ve dış oluklardaki çelik bilyanın yuvarlanma sürtünmesi, oluğun yüksek hızlı ve ışık yükü koşulları altında lokal mikro kayma ve sürtünme özelliklerini ortaya çıkarmak için incelenmiştir.