球轴承弹流润滑模拟系统

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A Simulation System for the EHL Oil Film in a Ball BearingsLiu Guangyuan Ren Zhiqiang Guo Feng W ang Jing(School of Mechanical Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao Shandong 266033，China)Abstract：A simulating system of ball bearing lubrication was developed，in which the a group of balls were used insteadof the single ball in an traditional optical elastic hydrodynamic lubrication(EHL)test apparatus.The present system is ca-pable of simultaneous measurement of the ball movement speed and the film thickness，and the loading status can be pro-duced by adjustment of the tilt angle of the ball group.Under a unbalanced load，some preliminary measurements were ear-lied out for the lubrication film thickness and ball movement speed.Th e results show that when the ball iMns from the lowloading zone into heavy loading zone，the contact area is increased and the film thickness is decreased，and the lubricationstate is changed from the hydrodynamic lubrication into EHL.In the heavy loading zone，the film thickness is not obviouslyinfluenced by the load.At a fixed position，the film thickness is increased with the speed。

Keywords：point contact；elastic hydrodynamic lubrication；partial load；optical interferometry滚动轴承是现代机械工业中应用广泛的精密零部件，众多学者对其进行了研究。如Haris等基于拟动力学完成了高速轴承的理论分析。赵宏伟等 针对多列滚动轴承，研究了偏载对整体寿命的影响。张杰等人 根据空心圆柱滚子轴承的实际工作状况，利用有限元软件 ADINA对均载和偏载工况下的应力和位移进行了仿真分析。李晓强等 采用 ANSYS对推力球轴承的滚珠与座圈、轴圈的滚道之间的接触问题进行了数值分析。以上研究对其中的润滑接触问题或忽略，或进行简化处理。

自20世纪50年代以来，众多学者对弹性流体动压润基金项目：国家重点基础研究发展计划 (973计划)子课题(2011CB706602.1)；山东省博士后创新基金项目 (201203029)。

收稿日期：2013-O1-31作者简介：刘广嫒 (1987-)，女，硕士研究生，主要从事润滑理论与球轴承的研究.E-mail：yuanguangliu###126.tom。

滑的机制进行了深入 的研究，取得了-批重要 的成果。在理论方面，如 Hamrock和Dowson等关于等温弹流的研究，杨沛然及温诗铸 关于热弹流的研究，Lubrecht和Venner等关于多重网格算法的研究等。在实验方面，Cameron等。 利用光干涉方法对弹流油膜的形状进行了精确的测量 ，验证了理论分析的正确性。但是，上述弹流的研究是基于理想的外部条件开展的，如充分供油或均匀数值乏油、稳态承载等，这与轴承中的实际润滑工况存在较大差别，直接应用于轴承分析，会导致结果的偏差。最近，研究人员已经开始在弹流研究中考虑轴承中的实际条件，如崔金磊、杨沛然 研究了推力球轴承的钢球与滚道间形成的椭圆接触等温弹流润滑问题，但其供油局限于充分供油。Lubrecht等 在球 -盘接触光干涉油膜测量中，将钢球限制在单个保持架的兜孔中，研究了供油状态对保持架侧隙的依赖性。

本文作者将推力球轴承引入传统的弹流油膜光干涉系统，设计了-种球轴承弹流润滑模拟系统，用以润滑与密封 第 38卷图7 推力球轴承钢球的公转速度 (载荷为15 N)Fig 7 The revolution speed of the thrust bal beating(1oad 15 N)图8示出了偏载工况下的某-位置 (图6中位置(5))不同载荷下，推力球轴承的油膜厚度随转速的变化曲线∩知：随着转速的增大 ，油膜厚度增大。

由图可以计算出曲线的平均斜率为0.680，符合Ham-rock-Dowson的等温点接触弹流润滑中心膜厚公式。

图8 膜厚随转速的变化曲线Fig 8 Curves of film thickness venus speeds under diferent loads图9示出了载荷为 20 N及不同转速下，钢球进入接触区时在不同位置膜厚的变化，由位置1到位置15变化 ，钢球承载变大。图 l0 (a)、(b)、(C)分别为图9中位置 2、6、13的油膜厚度曲线图，位置从左到右为低承载到高承载，在高承载区，润滑状态为弹性流体动压润滑。由图9，10可知：低承载区的油膜厚度远远大于高承载区的油膜厚度，并且速度越大，油膜厚度越大。

图9 膜厚随位置的变化曲线 (载荷为20 N)Fig 9 Curves of film thickness at different positions(1oad 20 N)图1O 不同位置油膜厚度图Fig 10 Film profiles under diferent positions(a)location 2；(b)location 6；(C)location 133 结论介绍了开发的推力球轴承弹流润滑模拟系统。利用此系统，完成了偏载条件下推力球轴承油膜特性的初步测量，得出了以下结论：(1)当钢球由低承载区进入高承载区过程中，膜厚降低，润滑状态由流体动压润滑进入弹流润滑，完全进入高承载区后，膜厚无明显变化。

(2)当钢球由低承载区进入高承载区过程中，轴承钢球的实际公转速度为由大到小再增大的过程。

(3)同-载荷不同转速下，低承载区的油膜厚度远远大于高承载区的油膜厚度，并且速度越大，油膜厚度越大。