Co jsou kontaktní napětí Hertz a jak ovlivňují lineární ložiska?

Lineární ložiska, které používají kuličky nebo válečky přenášejí zatížení jsou vystaveny Hertz kontaktní napětí — typ materiálu stres, který hraje významnou roli v určení, ložisko je zatížení a únavové životnosti.

Když se dva povrchy různých poloměrů jsou v kontaktu a zatížení (i velmi malé zatížení), malá kontaktní plocha je vytvořena, a povrchy zkušenosti velmi vysoké napětí. Tato napětí jsou známá jako kontaktní napětí Hertz (nebo Hertizian). U lineárních ložisek valivých prvků dochází k kontaktnímu namáhání hertzů na kuličkách (nebo válcích) a oběžných drahách.

teoreticky dochází ke kontaktu mezi dvěma kuličkami v bodě a ke kontaktu mezi dvěma válci dochází jako přímka. V každém případě — bod nebo linie kontaktu — výsledný tlak mezi dvěma povrchy by být nekonečný a povrchy by zažít okamžitý výnos. Ale v aplikacích v reálném světě, když jsou dva povrchy stlačeny spolu se silou, dochází na každém povrchu k určité elastické deformaci a vytvoří se kontaktní plocha. Napětí, která se vyskytují na obou površích, mohou být stále velmi vysoká-dostatečná k zahájení odlupování nebo jiných forem selhání — ale již nejsou nekonečná.

analýza hertzovských kontaktních napětí se opírá o čtyři primární předpoklady:

– povrchy jsou hladké a bez tření
– tělesa jsou izotropní a elastický
– kontaktní plocha je malá vzhledem k velikosti těla v kontaktu
– kmenů na tělech jsou malé a v rámci elastický limit

Hertzian zdůrazňuje, jsou přítomny, když žádné dva povrchy s různými poloměry jsou v kontaktu — i když jeden povrch je plochý, nebo pokud jeden povrch je konvexní a druhý konkávní, což je případ pro valivý element ložiska: valivá je konvexní, a raceway je konkávní. Při analýze kontaktních napětí Hertz má konvexní povrch (koule nebo válec) kladný poloměr a konkávní povrch (oběžná dráha) záporný poloměr. (Všimněte si, že ploché povrchy mají nekonečný poloměr.)

Protože povrchy mají různé poloměry, kontaktní plocha mezi kulové (nebo válečková) ložiska raceway má eliptický tvar. Za těchto podmínek, maximální tlak mezi dvěma povrchy je dána jako:

Kulové a Raceway

Válečková a Raceway

Hertz kontaktní napětí a lineární ložiska

Hertz kontakt zdůrazňuje mít významný vliv na ložiska dynamická únosnost a L10 život. Smyková napětí, která způsobují únavu — primární režim selhání valivých prvků — jsou úměrné maximální Hertz tlaku mezi dvěma subjekty.

Hertz kontakt, a výsledná deformace povrchů, je také to, co způsobuje, že ložiska do smyku, spíše než role. Je to proto, že kontaktní oblasti Hertz mají různé průměry než samotné valivé prvky, takže valivé prvky sklouzávají. Kontakt Hertz má důsledky i pro předpětí ložiska. Předpětí valivých prvků jim dává větší — a konečnou-Hertzovou kontaktní plochu, což zvyšuje tuhost. Zvýšený kontakt však vede k vysoké tvorbě tepla.

proto je množství předpětí pouhých 8 procent považováno za vysoké předpětí pro lineární ložiska, přičemž předpětí větší než 10 až 15 procent je extrémně vzácné. Také proto, že kontakt Hertz je nelineární, malé množství předpětí může poskytnout významné zvýšení tuhosti, aniž by to vedlo k nepřijatelnému skluzu, tření a teplu.

feature Image credit: L. C. Brezeanu