Cycling tests in the laboratory serve to assess the qualitative and quantitative influences of specific parameters on the service life of rolling bearings by systematically varying these parameters in the tests. The applicability of the test results to the field is a precondition for the optimization of material and design. Material stress is analyzed and described by various alterations in the material caused by cyclic stressing. The conditions under which cyclic stressing generates structural alterations are demonstrated. This paper refers especially to the influence of different contact pressures and residual stresses on material stress and the failure mechanism at cyclic stressing.

If rolling bearings are subjected to rolling contact stressing in case they are operated under elastohydrodynamic conditions, the formation of spalling in the raceway and consequently the failure of the rolling bearing are a result of fatigue of the material. Material properties have different effects on the rolling bearing life, depending on the contact pressure. Stressing conditions, therefore, must be precisely defined in order to describe these effects. A hypothesis, based on information obtained from the published literature and from our own research, is presented on the failure mechanism of bearings, the formation of spalling after subsurface cracks. The effect of material properties such as material discontinuities, strength, and residual stresses are discussed.

Die Werkstoffanstrengung bei Wälzkontakt ist im wesentlichen gegeben durch die zu übertragenden Normalkräfte, die Reibung an der Oberfläche (durch das Gleiten der beiden Wälzpartner) und durch die Eigenspannungen. Die Wirkung unterschiedlich großer Gleitanteile wird dargestellt und der zusätzliche Einfluß von Eigenspannungen auf die Höhe, Lage und Richtung der Beanspruchung ausgewiesen. Anhand rein mechanischer Betrachtungen läßt sich die Entstehung von flachen und steilen Weißen Bändern deuten, die in langlebigen, hochbeanspruchten Kugellagern beobachtet werden. Der Bericht zeigt, daß Eigenspannungen und Reibung keinesfalls bei der Beschreibung der Werkstoffanstrengung durch Wälzbeanspruchung vernachlässigt werden dürfen. Dies gilt insbesondere auch für die Eigenspannungen, die durch die Wälzbeanspruchung entstehen.

Kurzfassung Im vorliegenden Aufsatz wird eine Hypothese zum Mechanismus der Wälzermüdung vorgestellt. Besondere Bedeutung kommt den Erkenntnissen zu, dass einerseits plastische Verformungen unter hohem hydrostatischem Druck ablaufen. Dadurch wird der Werkstoff duktil; die Bildung von Mikrorissen und deren Wachstum ist ver- bzw. behindert. Andererseits entstehen infolge der plastischen Verformungen Eigenspannungen, die, den Lastspannungen überlagert, eine permanente Veränderung der Beanspruchung während des Ermüdungsprozesses verursachen. Die Veränderungen des Werkstoff-Verhaltens und der Werkstoff-Beanspruchung stehen in Interdependenz. Deshalb erscheint eine Quantifizierung der Vorgänge nicht möglich. Die hier zur Diskussion gestellte Hypothese vermittelt ein Ermüdungsmodell, das Phänomene, die bei experimentellen Untersuchungen des Ermüdungsvorgangs festgestellt wurden, widerspruchsfrei einbindet. Sie liefert eine plausible Erklärung für den Einfluss der Werkstoffeigenschaften, der nichtmetallischen Einschlüsse, des prestressings und der Montagespannungen auf die Lebensdauer. Die Möglichkeit einer Ermittlung der Lebensdauer in Kurzzeittests besteht demnach nicht.

Rolling contact fatigue tests were carried out on an angular contact ball bearing test rig at a low unit pressure (Po = 260 kp/mm2). The results show a sound “relative correlation” between the rolling contact fatigue and the content of nonmetallic inclusions. The theory and actual knowledge of the mechanism of contact fatigue infer that the effect of nonmetallic inclusions is influenced by other material properties, material stressing, and residual stress built up from rolling contact. Hence, a definite correlation between nonmetallic inclusions and the rolling contact fatigue cannot be existent. Nevertheless, it seems to be feasible to develop a simple technique for evaluating the nonmetallic inclusions based on the relative correlation.