Caractéristiques de frottement micro-glip des rainures des roulements à billes de broche à haute vitesse et à charcuterie

Pour les problèmes de frottement micro-glip et roulement des principaux roulements à billes d'arbre des moteurs d'avion dans des conditions à grande vitesse et à charge de lumière, il est supposé que le frottement roulant de la surface de contact est corrélé négativement avec la zone de la zone d'adhésion. Un modèle micro-glip est établi sur la base du principe de déformation élastique du matériau de surface de contact pour étudier les lignes de déplacement coulissantes, les lignes de vitesse coulissantes, la contrainte de contact Hertz, le rapport de roulement coulissant et le frottement de roulement de la boule de charge en acier dans les rainures intérieures et extérieures. Les résultats montrent que l'augmentation de la vitesse de roulement fait que la ligne de déplacement coulissante et la ligne de vitesse coulissante de la boule en acier dans les rainures intérieures et extérieures tendent vers la zone de pic de contrainte de contact, le frottement de roulement augmente et la tendance coulissante est améliorée; La réduction de la charge radiale du roulement conduit à une augmentation de la tendance micro-glissée de la boule en acier dans la rainure intérieure et a un effet plus petit sur la rainure extérieure; Lorsque la vitesse est 22 000 r \/ min, le rapport de roulement coulissant de la balle en acier à la rainure extérieure est 4,4 fois celle de la rainure intérieure; Dans les mêmes conditions de vitesse, le frottement roulant entre la boule en acier et la rainure extérieure est de 7 à 13 fois celle de la rainure intérieure; Lorsque la charge radiale est de 50 N, le frottement roulant entre la boule en acier et la rainure extérieure est 7,6 fois celle de la rainure intérieure, et la boule en acier est plus sujette au glissement général et à l'usure de micro-glissement dans la rainure extérieure.

Mots-clés Rouler le roulement; Roueur de broche; moteur d'avion; rainure; frottement roulant; micro-glissement
Le rotor des moteurs d'aéronefs modernes est léger et élevé en vitesse, et les conditions de charge à grande vitesse et de charge légère résultantes affectent les caractéristiques de frottement de contact de la rainure du roulement à billes de broche. Pendant le fonctionnement normal, la boule en acier de roulement n'est pas autorisée à glisser macroscopiquement sur la rainure. Cependant, en raison de l'étanchéité entre les anneaux intérieurs et extérieurs et la boule en acier (le rapport du rayon de la balle en acier au rayon de courbure de la rainure de l'anneau) et la déformation élastique du matériau de contact, la boule en acier a toujours un minuscule glissement local dans la zone de contact. La vitesse élevée fait que le glissement local de la boule en acier tende à la zone de pointe de la contrainte de contact. La vitesse de micro-glissement est trop élevée, ce qui entraîne une forte usure de groove et raccourcir la durée de vie. La grande vitesse réduit la zone d'adhésion de la boule en acier dans la zone de contact, augmente le frottement roulant et fait que la boule en acier a tendance à glisser macroscopiquement. La charge légère sur le roulement augmente également le frottement de roulement de la boule en acier, ce qui facilite la glissière en acier dans son ensemble. Par conséquent, les caractéristiques de frottement micro-glissées et roulantes de la boule de roulement en acier dans la rainure limitent la vitesse et les conditions de charge maximales du roulement. Une fois que le micro-glissement s'étend à l'ensemble de la zone de contact, il entraînera une grave défaillance du moteur. La distinction de la zone d'adhésion et de la zone de glissement de l'ellipse de contact et de prédire les caractéristiques de frottement des micro-glissages et de roulement locales de la boule en acier sont bénéfiques pour la conception de roulement, une application sûre et une analyse des performances.
Les chercheurs domestiques et étrangers ont mené un grand nombre d'études sur les caractéristiques de frottement de contact des rainures de roulement à billes [1-3]. L'accent est mis sur la contrainte de cisaillement de frottement, la traction par friction et le couple de traînée de la boule en acier dans la rainure. La traction totale de frottement est obtenue en intégrant la contrainte de cisaillement de frottement dans toute la zone de contact. Cependant, les caractéristiques locales de micro-glissement et de glissement de bâton ne sont généralement pas prises en compte pour la zone de contact, et la limite intégrale de la contrainte de cisaillement n'est pas distinguée. En fait, la balle en acier roule incomplètement dans la zone de contact. À mesure que le rapport de glissière-roll augmente, la déformation élastique du matériau de surface de contact augmente. Lorsqu'il s'accumule dans une certaine mesure, la rainure aura un micro-glissement local, puis la zone d'adhésion elliptique continuera de diminuer, et le frottement roulant continuera d'augmenter. Enfin, toute la zone de contact évolue vers une zone de glissement. Le frottement roulant de la boule en acier est étroitement lié au coefficient de frottement, à la contrainte de contact, aux dimensions géométriques et à la zone d'adhésion de la zone de contact. Reuss et al. [4] ont établi un modèle de frottement roulant pour les roulements à billes linéaires, en supposant que le frottement roulant dans la zone d'adhésion de contact change linéairement avec le déplacement roulant. La ligne de transition de glissement de bâton et la ligne de roulement pure sont déterminées en utilisant le déplacement relatif maximal et le couple de frottement minimum comme conditions, respectivement, et les propriétés de glissement de bâton de la surface elliptique de contact sont analysées pour obtenir le frottement de chaque zone de glissement de bâton. Kimura et al. [5] ont étudié le problème d'usure des micro-glissages entre les boules en acier et les rainures. La zone d'adhésion de l'ellipse de contact a été déterminée en fonction du déplacement de glissement relatif causé par la déformation élastique du matériau de surface de contact pour s'adapter à la différence de vitesse de roulement, et la zone de glissement a été divisée en fonction de la force de traction au point de contact dépassant la force de frottement statique maximale. Ning Fengping et al. [6] ont proposé un modèle de micro-glissement pour le contact entre les balles en acier et les rainures, mais n'ont pas effectué de recherches approfondies sur le processus de modélisation, le comportement micro-glissé et les facteurs d'influence sur la friction.
Certains chercheurs ont mené des recherches sur les caractéristiques de contact des rainures des roulements à billes pour les réducteurs d'hélicoptères et les éoliennes [7-8], se concentrant sur l'usure de micro-mouvement de la rainure: Kwak et al. [9] ont établi un modèle de contact élastique local des roulements à billes de contact angulaire du moyeu de roue basés sur l'hypothèse corporelle semi-infinie et ont utilisé des fonctions d'influence pour effectuer une analyse de contact tridimensionnelle pour obtenir la position et la taille de l'ellipse de contact de la rainure sous la charge axiale limite; Pathuvoth et al. [10] ont utilisé la contrainte de contact maximale de la troncature de l'ellipse pour évaluer la capacité de charge statique du roulement de platine; Ma Zikui et al. [11] ont calculé le couple de frottement du roulement à billes en fonction de la théorie du fluage de contact roulant, révélant les caractéristiques d'adhésion et de roulement de la boule en acier dans la rainure. Les études ci-dessus analysent principalement les caractéristiques micro-glissées des rainures de roulement à billes dans des conditions à basse vitesse et à charge lourde, et les recherches sur le rapport de glissement de glissement sont insuffisantes. Habituellement, le rapport glisser-roll entre la boule en acier et la rainure est petit, mais c'est le principal facteur affectant le frottement de la rainure [12]: Zhao Erhui et al. [13] ont établi un modèle de lubrification élastohydrodynamique de contact ponctuel pour étudier l'effet du rapport glissade-roll sur l'interface du film d'huile dans la lubrification élastohydrodynamique, soulignant que l'augmentation du rapport à glisser-roll conduit à une augmentation significative de l'amplitude de glissement d'interface et de la plage de glissement, et la capacité de relance des diminutions de la zone de glissement de 6,4%; Zhang Binbin et al. [14] ont étudié l'effet du rapport glissant-roll sur la lubrification thermique élastohydrodynamique des roulements à billes de contact angulaire. Les résultats montrent que l'augmentation du rapport à glisser-roll provoque le pic de pression du film d'huile et la dépression du film d'huile à tendre le centre de pression, et l'amplitude continue d'augmenter; Zhang Yu et al. [15] ont étudié les caractéristiques de frottement des roulements roulants dans l'état de lubrification élastohydrodynamique et ont souligné que l'augmentation du rapport à glisser peut augmenter le coefficient de frottement de roulement. Par conséquent, le rapport à glissement de roll de la surface de contact affecte directement la distribution de charge de contact et la taille de la zone de glissement.
En résumé, dans le passé, lors de l'étude du couple de traînée de frottement de la boule en acier dans la rainure, l'intégralité de l'ellipse de contact a été utilisée comme limite intégrale de la contrainte de cisaillement, sans distinguer la zone d'adhésion et la zone de glissement, et il était impossible de prédire les caractéristiques de glissement et de frottement locales. Il y avait également un manque de recherche sur les caractéristiques de frottement des micro-glissages de la rainure dans des conditions à grande vitesse et à charge de lumière. Par conséquent, ce document vise les conditions à grande vitesse et à charge de lumière des moteurs d'avion, suppose que la force de frottement roulante de l'ellipse de contact est corrélée négativement avec la zone de la zone d'adhésion et établit un modèle de micro-glissement du soupçon du soupage du soulèvement basé sur le principe de déformation élastique du matériau de la surface de contact. Les lignes de déplacement coulissantes, les lignes de vitesse coulissante, la distribution des contraintes de contact hertzien, le rapport de roulement coulissant et la frottement de roulement de la boule en acier dans les rainures intérieures et extérieures sont étudiées pour révéler les caractéristiques de frottement micro-glippées et roulantes locales dans des conditions à haut débit et à chargement léger.