Page 43 - 《摩擦学学报》2020年第4期

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 453

100 1.4

1.2
1.0
H c /nm 0.8
L
0.6
7 ml
4 ml 7 ml
10 0.4
1.5 ml 4 ml
H-D prediction 1.5 ml
0.2
1 10 0 2 4 6 8 10 12
Bearing inner ring speed, r/min Bearing inner ring speed, r/min

Fig. 3 The central film thickness against rotating speed of the Fig. 4 Dimensionless length of cavitation against rotating
bearing inner ring for oil B speed of the bearing inner ring under different oil supply
图 3 接触区中心油膜厚度随轴承内圈转速的 volume for oil B
变化(润滑油B) 图 4 不同供油量下接触区出口气穴无量纲长度随轴承内
圈转速的变化(润滑油B)
球碾压后，留在出口轨道表面的油层变薄，轨道两侧
形成侧油带(side band) [图2(e)]. 和球盘单点接触试验 (2)速度影响
台不同，实际轴承存在多个钢球，钢球间距离较小，经 保持供油量为4 ml，分别测量并计算得到了润滑
过相同位置的时间间隔很短，因此前一钢球出口区的 油A和B在不同速度下的无量纲气穴长度，如图5所示.
发现当轴承内圈转速上升时气穴长度随之增大. 无量
油层分布和流动对下一钢球的供油影响显著：如果气
纲气穴长度与内圈转速的对数基本呈线性关系，其关
穴延伸到下一钢球和外圈形成的接触区入口，或气穴
系可用下式表示：
破裂形成轨道，则可能引起下一钢球乏油. 由图2可
知，相同供油条件下(以供油量4 ml为例)，轴承内圈转 L = alg(n)+b (2)
速超过某一临界值时，气穴破裂，接触区附近形成轨 式中a与b为常数，采用不同润滑油所得a和b的拟合数
道；相同转速下(以6 r/min为例)，当供油量降低到某一 值列于表2中. 可以发现，不同润滑油的参数a值非常
临界值时，气穴也会发生破裂. 结果表明气穴发生于 接近，进一步验证了无量纲气穴长度和速度的关系具
有一般性. 而润滑油黏度越高b值越大. 润滑油C因黏
低速或大供油量等工况.
2.2.1 气穴长度的变化规律 度较大，在所测速度范围内未发现气穴(气穴过长，超
气穴长度直接表征了润滑油在绕过接触区后重 出测量范围或者气穴发生破裂)，此处不做分析.

新回到接触区轨道中心的位置，直接影响下一个接触
表 2 采用不同润滑油时拟合得到的参数a和b
区的入口供油条件. 如图2(b)所示，为了方便对比，定 Table 2 Values of a and b in Eq.(2) for oil A and oil B
义无量纲气穴长度L： Oil a b
Oil A 0.226 0.069
l
L = (1) Oil B 0.210 0.497
2a

其中：l为沿滚动方向接触区中心截面上气穴的左边缘
(3)润滑油黏度影响
到接触区左边缘的距离，a为沿x方向赫兹接触半径.
如图5所示，对比等量的润滑油A和B在不同转速
(1)供油量影响 下的无量纲气穴长度，可以发现当润滑油黏度降低
图4所示为不同供油量下接触区尾部产生气穴的 时，接触区出口气穴长度明显减小.
无量纲长度随轴承内圈转速的变化曲线. 相同转速、 综上所述，速度和润滑油黏度对出口气穴长度的
不同供油量下气穴无量纲长度L基本保持一致，说明 影响较大. 速度越高、黏度越大时，气穴长度越长，即
在气穴存在的前提下，供油量对气穴长度影响不大. 润滑油绕过接触区后的回油能力越差. 供油量在气穴
存在气穴的图像中看不到油池边界弯液面，接触区均 存在的前提下对气穴长度基本没有影响. 该结论与
[6]
处于富油润滑状态，进一步说明了供油量达到富油润 van Emden等 球盘单点接触试验结果基本一致.
滑的临界之后继续增加供油量对接触区润滑状态的 2.2.2 接触区回流
影响将变得不明显. 速度升高或供油量较少时，在钢球反复碾压下外