Page 41 - 《摩擦学学报》2020年第4期
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第 4 期 梁鹤, 等: 轴承内部润滑油分布及回流的试验观察与研究 451
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分布和回流情况开展了有益的研究. 1971年Wedeven 等 基于薄层模型对滚动轴承的回流进行了数值计
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等 利用光学方法记录了球盘单点接触的乏油过程， 算，结果表明，滚动轴承内连续滚压的时间间隔短且
试验结果表明减少供油量可导致入口侧弯液面凹陷， 受离心力影响，不会发生类似于球盘单点接触的回流.
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油池减小，油膜厚度随之降低. 1974年Chiu 基于油层 Cen等 研究表明在密封的脂润滑轴承内回流为发生
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回流模型计算了回流对油膜厚度变化的影响，认为润 在接触区附近的局部现象，两球之间滚道上的回流不
滑油回流主要由表面张力驱使，黏度和速度会阻碍回 明显.
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流，这与Wedeven等 的试验结论一致. 1976年Pemberton 本文中搭建了基于真实轴承的试验台，利用光学
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等 利用光学方法观察发现出口区润滑油分布呈现出 方法实时观测钢球与外圈形成的接触区油膜及其附
气穴和侧油带两种不同状态，而侧油带可补充接触区 近润滑油层的分布和动态迁移，主要研究了低速下供
供油. Stadler等 利用数值计算的方法揭示了润滑油 油量、速度、润滑油黏度等参数对接触区附近润滑油
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黏度、卷吸速度、空化压力以及接触区几何形状与大 层分布的影响规律，得到了轴承低速下的回流特征.
小对气穴长度的影响规律，建立了经验公式，并在球
1 试验设备及试验条件
盘单点接触试验台上进行了试验验证. 该结果亦被
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Van Emden等 试验验证. 1.1 试验设备
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Jacod等 的数值计算结果表明“接触区附近回 本课题组自主搭建了轴承试验台，如图1所示. 该
流”是回流的主要形式，“接触区外回流”非常微弱. 针
试验台采用商用轴承(型号7 014)，将其外圈替换成同
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对接触区附近回流的机制，韩兵等 研究了球盘单点
尺寸无沟道镀膜玻璃环. 利用光学方法实现对玻璃外
接触时毛细力和分离压力对补充供油的作用，结果表
圈内圆柱面润滑油层的直接观测，并通过油池边界确
明在低速及静止工况下，毛细力和分离压力作用产生
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定油池大小和分布情况；同时可利用相对光强法 测
的弯液面将改善入口供油条件，从而改善乏油工况下
量钢球与外圈形成的接触区内油膜厚度. 采用伺服驱
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的润滑性能. Liu等 通过在球盘单点接触试验台的玻
动器控制电机实现转速精确变化. 利用加力螺杆实现
璃盘上添加疏油涂层，发现疏油-亲油-疏油相间的轨
径向加载，加载方向竖直向下，使得最下方钢球受力
道可以产生不同的表面张力，从而提高回流效果.
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Ali等 通过安装柔性刮板人为增强接触区外回流，发 最大. 试验中保持室温恒定.
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现中心油膜厚度增加一倍. Liang等 的球盘单点接触 1.2 试验条件
试验结果表明回流效果受离心力影响，随速度增加呈 本试验主要针对低速工况，速度范围是0 ~10 r/min，
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现先增强后减弱的规律. Li等 在球盘单点接触试验 径向施加载荷使得底部钢球的最大赫兹接触压力为
研究中发现当钢球与圆盘的速度方向成一定夹角时， 1.47 GPa；环境温度为23±2 ℃；试验中利用移液器将
脂润滑入口油池明显增大，回流效果更好. 定量润滑油加入到最低钢球处(即外圈内圆柱面底
以上研究均针对球盘单点接触模型. 受限于复杂 部)，油量为1~7 ml. 试验采用了三种不同黏度的润滑
的结构和工况，针对实际轴承的研究相对较少. Gershuni 油，其具体参数列于表1中.
ω
Inner ring
Rolling ball
F Cage
Glass outer ring
Micro lens Light source
Computer
CCD
(a) Physical diagram (b) Schematic diagram
Fig. 1 Schematic diagram of bearing test rig
图 1 轴承试验台示意图 (a)实物图 (b)原理图
