Hvad er Herts kontaktspændinger, og hvordan påvirker de lineære lejer?

lineære lejer, der bruger kugler eller ruller til at bære en belastning, udsættes for Herts — kontaktspændinger-en type materialespænding, der spiller en væsentlig rolle i bestemmelsen af lejets belastningskapacitet og træthedslevetid.

når to overflader med forskellige radier er i kontakt, og der påføres en belastning (selv en ekstremt lille belastning), dannes et lille kontaktområde, og overfladerne oplever meget høje belastninger. Disse belastninger er kendt som Herts (eller Hertis) kontaktspændinger. I rullende element lineære lejer forekommer Herts kontaktspændinger på kuglerne (eller cylindrene) og løbebanerne.

i teorien forekommer kontakten mellem to kugler på et punkt, og kontakten mellem to cylindre forekommer som en linje. I begge tilfælde-punkt — eller linjekontakt-ville det resulterende tryk mellem de to overflader være uendeligt, og overfladerne ville opleve øjeblikkelig ydelse. Men i virkelige applikationer, når to overflader presses sammen med en kraft, forekommer der en vis elastisk deformation på hver overflade, og der dannes et kontaktområde. De belastninger, der opstår på de to overflader, kan stadig være meget høje — tilstrækkelige til at indlede spaltning eller andre former for fiasko — men de er ikke længere uendelige.

analysen af Hertsiske kontaktspændinger bygger på fire primære antagelser:

– overfladerne er glatte og friktionsløse
– kropperne er isotrope og elastiske
– kontaktområdet er lille i forhold til størrelserne på kropperne i kontakt
– stammerne på kropperne er små og inden for den elastiske grænse

Hertsianspændinger er til stede, når to overflader med forskellige radier er i kontakt — selvom den ene overflade er flad, eller hvis den ene overflade er konveks og den anden er konkav, hvilket er er tilfældet for rullende elementlejer: kuglen eller rullen er konveks, og løbebanen er konkav. En konveks overflade (kuglen eller rullen) har en positiv radius, og den konkave overflade (løbebanen) har en negativ radius. (Bemærk, at flade overflader har en uendelig radius.)

da overfladerne har forskellige radier, har kontaktområdet mellem en sfærisk kugle (eller en cylindrisk rulle) og en bærende løbebane en elliptisk form. Under disse forhold er det maksimale tryk mellem de to overflader angivet som:

sfærisk kugle og løbebane

cylindrisk rulle og løbebane

Kontaktspændinger og lineære lejer

Kontaktspændinger har en signifikant effekt på bærende dynamisk belastningskapacitet og L10-levetid. Forskydningsspændinger, der forårsager træthed — en primær svigt af rullende elementer-er proportional med det maksimale Herts-tryk mellem de to legemer.

Herts-kontakt, og den resulterende deformation af overflader, er også det, der får lejer til at glide i stedet for at rulle. Dette skyldes, at Herts-kontaktområderne har forskellige diametre end selve rulleelementerne, så rulleelementerne glider. Herts-kontakt har også konsekvenser for at bære forbelastning. Forudindlæsning af rulleelementerne giver dem et større — og endeligt-Herts kontaktområde, hvilket øger stivheden. Men den øgede kontakt resulterer i høj varmeproduktion.

dette er grunden til, at en forbelastning på kun 8 procent betragtes som høj forbelastning for lineære lejer, hvor forbelastning større end 10 til 15 procent er ekstremt sjælden. Også, fordi Herts kontakt er ikke-lineær, en lille mængde af forbelastning kan give en betydelig stigning i stivhed, uden at resultere i uacceptabel slip, friktion, og varme.

Feature billede kredit: L. C. Breseanu