Page 87 - 摩擦学学报2025年第10期

1484 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

力示意图，保持架在轴承运动中所受滚动体作用力分 0.9 u b = 64 mm/s
0.8
解为摩擦保持架兜孔产生的水平方向分力F 和竖直 0.7 u b = 256 mm/s
x
u b = 576 mm/s
方向分力F . 本文试验中主要是对保持架在竖直方向 0.6 u b = 1024 mm/s
z
的分力F 进行定量分析. 0.5
z F/N
试验条件列于表1中，其中u 为滚动体速度，h 为 0.4
c
b
保持架高度，h 为保持架中心偏移量，s为滚动体与保 0.3
d
0.2
持架之间的间隙. 试验采用锂基润滑脂，其性质列于 0.1
表2中. 试验开始前，依次使用石油醚和无水乙醇对钢 0.0
0 2 4 6 8 10 12
球和保持架兜孔表面进行清理，后用氮气吹干保证接 T/min
触面清洁；弹簧下拉压板，使力传感器产生一定的预 Fig. 2 Variations of friction with time at different velocities
压力. 利用Z轴位移平台调节保持架高度与钢球中心 图 2 不同速度下摩擦力随时间变化曲线
高度对齐，使用注射器在保持架兜孔接触区注入1.0 g
表观黏度的降低，这与润滑脂的触变性有关. 即触变
锂基脂，利用X轴位移平台调节钢球与兜孔表面间隙.
性会影响润滑脂的屈服应力，当剪切开始时剪切应力
通过控制钢球旋转速度，电脑端自动记录摩擦力F 的
z
迅速减小，随着时间的增加，减小的速度逐渐减慢，最
数据变化.

表 1 试验条件 后应力向某一平衡应力收敛. 且剪切速率越大，触变
[24]
Table 1 Experimental conditions 性效应就越显著，屈服应力减小幅度越大 . 当运动
Parameters Spcifications 速度为64 mm/s时，由于速度较小，因机械剪切引起的
Entrainment speed, u b /(mm/s) 64, 256, 576, 1 024
润滑脂结构破坏程度较轻，在较短的时间内便可达到
Cage height, h c /mm 5, 10, 15
Cage center height, h d /mm −1.5, −1.0, −0.5, +0.5, +1.0, +1.5 平衡状态；随着速度的增加，初始摩擦力数值提高，诱
Cage pocket clearance, s/mm 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 发剪切程度增加，剪切稀化时间延长，如转动速度为256、
576 mm/s条件下所示；当运转速度为1 024 mm/s时，由

表 2 试验用润滑脂性质 于转速较高，离心力及回填不足导致保持架与钢球之
Table 2 Properties of grease used in experiments
间润滑间隙存在不充盈的状态，使间隙内靠近钢球的
Viscosity of base oil @ 40 ℃/ Cone penetration/
Grease type 一侧产生低压气流卷吸保持架上方堆积的润滑脂，造
2
(mm /s) (0.1 mm)
成摩擦力周期性波动，当润滑脂被充分剪切之后，保
Lithium base grease PAO, 614 293
持架与钢球运动间隙内的润滑剂呈现一定的稳定状
态(流失与回填为动态平衡状态).
2 结果与讨论 2.2 保持架位置对摩擦力的影响

2.1 滚动体速度对摩擦力的影响 上述测试结果在保持架中心高度与滚动体中心
通常认为卷吸速度对轴承摩擦力的影响主要作 高度一致的情况下进行，但实际轴承运转过程中，其
用于滚动体与轴承内外圈之间的滚动摩擦，往往忽略 相对位置随保持架的引导方式、圆心轨迹的转动情
了保持架与滚动体之间的滑动摩擦. 一方面该滑动摩 况、轴承振动和滚动体对保持架的碰撞等而发生改
擦可影响保持架与钢球表面润滑剂的流动分布，另一 变，因此有必要考察保持架与滚动体的相对位置对摩
方面为构成轴承内部扭矩的主导因素之一. 因此考察 擦力的影响. 分别设置保持架中心高于和低于钢球中
该摩擦力随速度的变化趋势及摩擦力大小，有助于分 心的测试条件，探究保持架位置对摩擦力随时间演化
析保持架因素诱导摩擦扭矩在实测轴承中扭矩的占 进程的影响，如图3所示. 图4所示为兜孔高度为15 mm、
比. 图2所示为兜孔高度为15 mm，球-架间隙为0.2 mm， 滚动体速度为256 mm/s和球-架间隙为0.2 mm的测试
保持架与滚动体相对中心高度对齐下，卷吸速度随运 结果，其中横坐标T为测试时间，单位记为分钟；纵坐
转时间的变化曲线，其中横坐标T为测试时间，单位记 标F为摩擦力，单位记为牛(N). 由图4可以看出当保持
为分钟；纵坐标F为摩擦力，单位记为牛(N). 由图2可 架中心高于钢球中心时，摩擦力为正且数值明显较低.
知，摩擦力曲线随运转时间的增加呈先下降后平稳的 摩擦力为正，表明钢球与保持架之间为正压力，相反
变化趋势，表明润滑脂在初始阶段被剪切破坏，引起 则为负压力. 摩擦力的演化波动情况与图2类似，说明