由于托轮滚圈的防护罩密封性能不佳,外部杂质易入接触表面成为磨粒,在接触区域内磨削表面,造成表面变形和擦伤,降低了表面精度。擦伤的表面形成沟槽,使表面不连续,引起应力集中,应力集中处的最大应力增长,达到强度极限时,产生疲劳裂纹;同时由于磨粒对滚圈和托轮表面局部作用时间不同,会产生交变接触应力,引起表层的疲劳损伤,导致产生表面裂纹。
滚圈、托轮可视为轴线平行的两圆柱体,两圆柱体线接触承受载荷后,发生局部变形,线接触扩大为窄矩形面接触,在接触表层下出现最大剪应力,在此最大剪应力的作用下,内部金属晶体出现位错滑移,在晶界或相界面受阻;或是两列交叉的位错会合,构成位错堆积群,位错堆积前端应力集中,形成疲劳裂纹源。疲劳裂纹向四周扩展,扩展方向大致与法向面成45°,导致表面微粒脱落,产生麻坑。从麻坑脱落的金属粒在通过滚圈、托轮接触区时形成浅压痕,在浅压痕的边缘又形成应力集中,产生边缘裂纹进一步扩展使表面损伤。
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