Page 44 - 《摩擦学学报》2020年第4期

454 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

1.2 d
Oil B D = (3)
Oil A 2b
1.0
为了方便比较，d为图示所选取固定位置处的轨
0.8
道宽度，b为沿y方向的赫兹接触半径. 图6所示为两相
L 0.6
邻钢球滚过同一位置的时间段内，玻璃环内表面轨道
0.4 及两侧油带在不同时刻的图像. 从第一个钢球滚过固

0.2 定位置开始计时，到下一个钢球滚过该固定位置结束
计时，两钢球之间的时间间隔约为1.94 s. 图7给出了
0.0
0.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 润滑油C的无量纲轨道宽度D随时间的变化. 由图7可
Bearing inner ring speed, r/min
见，当第一个钢球滚过时，轨道宽度达到最大值1.05，

Fig. 5 Dimensionless length of cavitation against rotating
speed of the bearing inner ring for different oil 之后逐渐减小，在第二个钢球滚过之前，无量纲轨道
(oil supply volume: 4 ml)
宽度的最小值达到0.96，呈现出一定的回油效果. 当第
图 5 不同黏度润滑油气穴长度随内圈转速的变化
二个钢球滚过之后，无量纲轨道宽度由于再一次碾压
(供油量：4 ml)
而重新达到最大值. 这说明接触区外回流虽然存在，
圈内表面上的润滑油形成了1个比接触区略宽的轨道. 但相对缓慢，效果不明显. 对比润滑油B和C的轨道宽
然而由图2虚线标记的试验图像可见，尽管入口油池 度变化可以发现，由于润滑油B黏度相对较小，其宽度
迅速减小，但接触区内仍旧维持一定油膜厚度，表明 减小较快，说明黏度小的油流动性好，有利于轨道两

其中必然存在某种润滑油回流机制，从而实现补充供油. 侧油带的回流；但回流程度依旧有限.
(1) 接触区外回流 (2) 接触区附近润滑油回流
本试验中，内圈驱动钢球和保持架运动，外圈静 由上节试验结果可知，自由表面上的侧油带在单
止不动. 外圈上钢球碾过形成的侧油带在表面张力作 纯表面张力的作用下重新回到入口油池并不显著. 接
用下可能逐渐向中间接触区轨道回流，促使轨道宽度 触区入口的补充供油可能存在其他机制，如粘附在钢
收窄，有利于改善下一钢球入口区的供油条件，从而 球表面上的润滑油在运动中被卷吸进入接触区、接触
改善轴承的润滑性能. 为了直观反映其回流随时间的 区入口间隙产生的毛细力等. 由图6(a，f)可见，当钢球
变化过程，定义无量纲接触区轨道宽度D如图2(f)所示： 滚过时，接触区入口仍能存在1个较小的油池，从而保

First ball

(a) t=0 s (b) t=0.35 s (c) t=0.70 s

Second ball

(d) t=1.41 s (e) t=1.76 s (f) t=1.94 s

Fig. 6 Variations of oil track width against time for adjacent steel balls (oil supply volume: 4 ml, Oil B, n = 8 r/min)
图 6 相邻钢球尾部轨道宽度随时间的变化(供油量4 ml；油B；n = 8 r/min)