全陶瓷球轴承油润滑特性及其对服役性能影响规律

相比于金属球轴承,全陶瓷球轴承在极端工况下的服役性能更加突出。为了揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以6208CE氮化硅全陶瓷深沟球轴承为例,对其在油润滑工况下所表现出的摩擦、振动、温升等特性进行试验研究,探讨供油量对全陶瓷球轴承润滑状态的影响,并对试验后的全陶瓷球轴承接触微区表层进行解析。研究发现：全陶瓷球轴承油润滑服役过程中,在某个特定工况下存在一个最佳供油量,使得轴承可实现全膜润滑,从而表现出最好的摩擦、振动、温升等特性;小于最佳供油量时,为乏油状态,轴承接触微区存在油-固混合润滑状态;大于最佳供油量时,过多润滑油液会产生的黏滞阻力;相比于载荷,轴承的转速对最佳供油量的取值具有决定性影响。研究成果对于揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,丰富其润滑理论与方法具有一定指导意义。     

供油量对全陶瓷轴承振动和温升的影响

为探究供油量对轴承振动及温升的影响,本实验对Si3N4全陶瓷深沟球轴承和钢制深沟球轴承开展控制变量实验,探究了深沟球轴承在干摩擦、湿润滑、持续供油条件下的振动及温升特性。结果表明,供油量对全陶瓷深沟球轴承振动及温升的影响程度随轴向载荷的增大而减小,随着轴向载荷增加,润滑后的陶瓷轴承表现出更优越的性能,适用的润滑油供油量范围也较钢制轴承更广,在相同的供油量条件下,陶瓷材质的轴承内圈比钢制轴承内圈的温升低约（5～8）℃,陶瓷轴承的外圈温升比钢制轴承外圈的温升低约（5～11）℃,但钢制轴承在较大供油量时温升下降幅度较大,与陶瓷材质轴承的温升差值减小。同时氮化硅全陶瓷深沟球轴承较钢制轴承在不同供油量条件下振动和温升均表现出更优越的性能。     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

考虑动态特性的角接触球轴承微观热弹流分析

建立角接触球轴承的几何和数学模型,综合考虑几种不同轴承材料的弹流润滑性能,求得套圈采用Si3N4、滚球体采用GCr15的角接触球轴承的热弹流润滑完全数值解。在此基础上,进一步考虑角接触球轴承的几项重要基本参数(密合度、钢球数目等)及接触角随轴向载荷的变化对弹流润滑性能的影响。对轴承在承受纯轴向载荷作用下的热弹流润滑完全数值解进行分析,求得在不同轴向载荷下的压力、膜厚及温度分布图。结果表明:套圈、滚球体材料均选用Si3N4和分别选用Si3N4、GCr15两种情况下,最小油膜厚度更大,同样工况下,后者滚球体表面温度更低;密合度的增大有利于润滑油膜的形成;滚球体数量越多,油膜整体压力越小,油膜厚度越大,滚球体、套圈及油膜温度越低;轴向载荷越大,轴承的实际工作接触角越大;接触角的变化对弹流润滑具有很大影响,在考虑了接触角随轴向载荷的变化后得知,接触角增大,油膜的最小膜厚增大,最大压力减小。     

载荷对球轴承振动特性的影响

运用滚动轴承振动的数字化测量和分析系统，通过试验全面研究了轴向载荷、轴向和径向联合载荷对全钢球轴承、陶瓷球混合球轴承和全陶瓷球轴承的振动特性，验证了轴承振动的弹性接触模型，得出的结论对以减振降噪为目的的滚动轴承设计、安装和使用具有实际的指导意义。     

润滑油黏度对全陶瓷球轴承腔体温度场分布规律的影响

为揭示全陶瓷球轴承在油润滑条件下内部温度场分布及变化情况,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以7007C氮化硅全陶瓷角接触球轴承为研究对象,利用仿真软件模拟分析不同工况和润滑油黏度条件下全陶瓷球轴承腔体内部温度场及润滑油的分布状态;在轴承寿命试验机上进行相同条件下全陶瓷球轴承的动态特性试验,研究在油润滑工况下全陶瓷球轴承的温升特性。结果表明：随着轴承转速的提高,全陶瓷球轴承腔体内温度呈增大趋势,腔体内润滑油体积分数呈减小趋势;更换不同黏度润滑油发现随着润滑油黏度的增大,全陶瓷球轴承腔体内温度场呈现先减小后增大的趋势,存在最优黏度值使全陶瓷球轴承腔体温度达到最小值,轴承服役性能表现最佳。研究成果为实际生产中全陶瓷球轴承最优润滑油的选择提供了技术参考。     

高速角接触球轴承油气润滑温升特性研究

油气润滑系统广泛应用于高速滚动轴承,油气润滑条件下轴承温升特性与温度场分布是影响轴承极限转速与动态工作稳定性的重要因素.基于高速滚动轴承摩擦学与两相流理论,以角接触球轴承为研究对象,建立了油气润滑条件下轴承与流体域之间的流固耦合模型.利用流体仿真软件Fluent对油气润滑条件下高速角接触球轴承与流体之间的传热方式及温度场分布进行了数值模拟分析,得到了轴承与轴承腔体的温度场分布.并进一步研究了供油量、润滑油粘度、轴承转速和载荷对轴承温升的影响,得到了油气润滑参数等与轴承温度场热平衡之间的关系.结果 表明:轴承转速与径向载荷是影响高速滚动轴承生热量与温升的主要因素,轴承内部温度场分布不均匀,对于特定工况存在最佳供油量与润滑油黏度使轴承温升最小.     

考虑弹流润滑的高速深沟球轴承径向刚度特性分析

深沟球轴承径向刚度影响高速齿轮传动系统的振动特性,综合考虑油膜和球离心力对轴承径向刚度的影响,建立了弹流润滑条件下的高速深沟球轴承径向刚度计算模型。分析了油膜和球离心力在不同工况下对轴承径向刚度的独立影响和耦合影响,结果表明:在弹流润滑条件下,油膜和球离心力会降低轴承径向刚度,且转速越高,影响越明显;高速工况下,轻载时油膜影响高于球离心力,重载时球离心力影响高于油膜;高速下油膜和球离心力对轴承径向刚度的共同影响不可忽略。     

基于Elrod算法的线接触乏油热弹流润滑分析

为研究中低速、中等载荷工况下不同供油条件对接触区润滑特性的影响,假设润滑剂分别为Newton流体和Ree-Eyring流体,建立考虑供油条件的线接触热弹流润滑模型。采用Elrod算法,将入口供油量作为输入参数,求解接触区油膜压力、膜厚和油膜温度的完全数值解。结果表明:随着入口供油量的降低,接触区入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动;相同供油条件下,随着速度和载荷的增大,入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动,乏油程度增加;随着供油量的增加,中心膜厚和最小膜厚也相应增加,且中心膜厚更易受供油量的影响;在乏油润滑条件下,Newton流体计算得到的油膜温度明显高于Ree-Eyring流体;随供油量的增加,Ree-Eyring流体的油膜最高温度增加,而Newton流体的油膜最高温度有先降低后增加的趋势;对于给定的工况,当入口等效供油膜厚接近该种工况下接触区处于充分供油状态下的最小膜厚时,接触区内的最高温升是相对最小的。     

特殊服役条件对全陶瓷球轴承辐射噪声的影响

利用轴承强化寿命试验机和轴承振动试验机对不同服役条件下全陶瓷球轴承辐射噪声进行测试,分析了全陶瓷球轴承在重载、冲击载荷、干摩擦状态以及低温环境下的辐射噪声。结果表明：重载和冲击载荷对全陶瓷球轴承辐射噪声有较大的影响,适当的径向载荷可以减小全陶瓷球轴承的辐射噪声;润滑状态改变对全陶瓷球轴承辐射噪声的影响比混合陶瓷球轴承小;全陶瓷球轴承的球为氮化硅、套圈为氧化锆时比球和套圈均为氮化硅时辐射噪声有更高的温度敏感性,结构尺寸和球数也是影响辐射噪声的重要因素。     

陶瓷球轴承的热弹流润滑分析

建立陶瓷球轴承热弹流润滑的数学模型,利用多重网格法和逐列扫描法,得到陶瓷球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解,并与普通轴承计算结果进行比较。结果表明:转速与载荷会对陶瓷轴承的接触区的压力、膜厚、温度产生影响,其中随着转速的增加,最小膜厚增加,摩擦因数减小,滚动体表面温度下降,而随着载荷的增加,最小膜厚减小,摩擦因数增大,滚动体表面温度上升;在相同的工况参数下,陶瓷球轴承的油膜压力低于普通轴承,膜厚高于普通轴承,轴承内圈、滚动体、中层油膜的温升小于钢质轴承,因而陶瓷轴承的润滑性能更好,使用寿命更长。     

角接触球轴承流固耦合仿真分析

角接触球轴承在运行过程中的润滑状况至关重要,润滑油直接影响滚动轴承的接触状态。为分析角接触球轴承的润滑状况以及考虑润滑时轴承的机械特性,基于有限元和晶格玻尔兹曼方法,建立了双向流固耦合轴承仿真模型,对角接触球轴承进行动力学有限元仿真和润滑流体仿真,并与轴承拟静力学理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。分析结果表明,保持架与滚珠接触并撞击,在轴承腔内油膜压力最大,滚珠与内圈、外圈滚道接触区分别为第二、第三大油膜压力区。润滑油受滚珠公转影响,沿着滚珠转动方向流动,实现对滚珠与内圈、外圈和保持架之间的润滑。滚珠运动和最大接触应力仿真结果与轴承拟静力学理论求解结果一致,即流固耦合仿真模型计算轴承机械特性具有较高的准确性。     

角接触球轴承内圈织构设计及对油气润滑两相流的影响

针对角接触球轴承油气润滑中内圈润滑油含量少和保持性差的问题,提出在轴承内圈滚道设计圆凹坑形表面织构的润滑增效方法。基于气液两相流模型和多重参考系方法,建立内圈织构化角接触球轴承腔内油气两相流数值分析模型,分析内圈织构对轴承油气两相流动及润滑增效的影响。结果表明：织构化轴承可以显著提高润滑油在内圈的保持量,同时改善轴承腔内润滑油分布不均的状况;在微织构附近油气两相流动更不规则,所产生的压力梯度和速度梯度有利于提高气液两相膜的承载力;随着轴承转速的升高,内圈织构润滑增效效果相对减弱;随着供油量的增加,内圈织构润滑增效效果更加显著。     

混合式陶瓷轴承沟道结构参数的简化算法

以目前钢轴承的结构参数合理正确和轴承滚动体与内外圈滚道在相同的接触应力及接触面积作用下具有相近的接触疲劳寿命及发热为前提 ,以相同负荷作用下 ,混合式陶瓷球轴承与相应钢轴承的接触应力和接触面积相等为依据 ,给出了混合式陶瓷球轴承内外圈沟道结构参数的简化计算方法。以 6 2 0 9深沟球轴承为例 ,对相应的混合式陶瓷球轴承的沟道曲率半径进行了计算 ,以计算结果制造的混合式陶瓷球轴承的运转性能完全能够满足使用要求     

基于弹流润滑的滚子轴承参数研究

基于弹流润滑理论研究滚子轴承结构参数对其润滑特性的影响。结合弹性接触变形方程以及流体动力学润滑方程,建立适合于滚子轴承的弹流润滑模型,研究在不同椭圆率、载荷、卷吸速度以及黏度等因素作用下滚子轴承的摩擦学性能变化规律。结果表明：椭圆率、载荷、卷吸速度以及黏度会不同程度地影响压力峰值及二次压力峰等参数;随着椭圆率的增大,油膜厚度以及压力显著增大;随着载荷的增大,总体压力、压力峰值、二次压力峰及其尖锐度明显增大,但最小油膜厚度略有下降;黏度与最小油膜厚度以及压力存在着明显正相关关系;卷吸速度与油膜厚度存在着微弱正相关关系,与油膜压力存在着微弱负相关关系。因此,一定程度上增大椭圆率并减小载荷,有利于提高润滑性能。     

浮环轴承内油膜变偏心率与恒偏心率润滑特性对比分析*

目前对浮环轴承油膜特性的研究,主要基于偏心率对油膜压力及最小油膜厚度的影响,未能反映真实的油膜边界运动。利用计算流体力学的方法,实现浮环与轴颈之间的内油膜边界运动;建立轴颈-浮环之间内油膜润滑部位的流体域模型,研究多相流变偏心率下浮环轴承的油膜特性。结果表明：考虑变偏心率下的仿真计算结果更能反映真实的油膜润滑特性;最大油膜压力在恒定偏心率与变偏心率下均随着转速的升高而增大,最小油膜厚度在恒定偏心率下随着转速的增加保持不变,在变偏心率下随着转速的增加而减小;最大油膜压力与最小油膜厚度在变偏心率影响下变化更明显,为浮环轴承的优化设计提供了理论依据。     

乏油条件下乳化液润滑复合塑料轴承等温弹流润滑分析

塑料轴承是常用的水润滑轴承,而乳化液由于无污染、来源广、节省能源、安全性等特点成为一种具有良好应用前景的润滑剂.以乳化液润滑复合塑料轴承为研究对象,建立塑料轴承弹流润滑模型,分析乏油条件下转速和载荷对润滑膜膜厚的影响,并与充分供油条件下的润滑膜膜厚进行比较.结果表明:随着供油量的增加,轴承油膜膜厚增加,但当供油量超过一临界值时,油膜膜厚不再变化.在乳化液润滑条件下,膜厚及最小膜厚均随转速的增大而明显增大,随载荷增大而减小,且供油条件没有造成明显的影响.     

基于Romax的交叉圆柱滚子回转支承寿命分析*

为了研究交叉圆柱滚子回转支承的寿命,利用Romax对其实际工况进行模拟,在Roamx软件中建立仿真模型,研究回转支承在不同的加载、径向工作游隙、工作温度下的接触应力、油膜厚度、寿命变化情况。结果表明:随着轴向载荷的增加,接触应力增大,油膜厚度最小值减小,寿命降低,存在一最佳轴向载荷使得回转支承满足使用寿命要求;径向工作游隙由负值增加到正值时,接触应力先减小后趋于稳定,油膜厚度最小值在一定区间处于稳定状态,寿命先增大后趋于稳定最后减小,存在一满足回转支承使用寿命要求的最佳径向工作游隙;随着工作温度的升高,油膜厚度逐渐减小,寿命开始时保持稳定但随着温度的继续升高寿命开始降低,存在一最小油膜厚度使得回转支承满足使用寿命要求。