Page 88 - 摩擦学学报2025年第10期

第 10 期 姜浩, 等: 脂润滑轴承滚动体与保持架摩擦阻力试验研究 1485

力；(2)润滑脂供给不足，因保持架上方间隙较小，导
致黏附在钢球表面的润滑脂容易被挤出到保持架兜
h d =0 mm
孔外侧，不利于润滑剂的流动回填，从而减少了润滑
脂的利用率；(3)保持架端面堆积润滑脂产生的重力.
+0.5 mm +1.0 mm +1.5 mm 综上所述，存在最优保持架与钢球的相对位置，该结

果可为保持架的结构优化设计及引导方式提供参考.
2.3 保持架高度对摩擦力的影响
−0.5 mm −1.0 mm −1.5 mm 接触面积直接影响摩擦力的大小，因此有必要通

Fig. 3 Height diagram of relative center 过调整保持架与钢球的接触面积考察保持架高度对
图 3 相对中心高度示意图 润滑特性的影响. 图5所示为滚动体速度为256 mm/s
和球-架间隙为0.2 mm时的测试结果，其中横坐标T为

1.2 h d =0 mm h d =+0.5 mm

h d =−0.5 mm h d =+1.0 mm 测试时间，单位记为分钟(min)；纵坐标F为摩擦力，单
0.8 h d =−1.0 mm h d =+1.5 mm 位记为牛(N). 由图5可以看出当剪切速率相同时，3组

0.4 h d =−1.5 mm
试验的摩擦力下降趋势近似，同时反映表观黏度在不
0.0
F/N −0.4 同保持架高度的作用下剪切变化无明显区别. 但图5
中表示摩擦力的大小与保持架高度成正比增大，每增
−0.8
−1.2 加1 mm高度使摩擦力增大0.01 N. 因滚动体与保持架
−1.6 间隙固定，相同速度下对润滑脂的剪切应力不变，摩
0 2 4 6 8 10 12 擦力为剪切应力对摩擦副面积的积分. 因此，保持架
T/min
高度越小，滚动体与保持架之间的滑动摩擦力就越
Fig. 4 Variations of friction with time at
小，但保持架高度并非越小越好，高度过小会使强度
different cage positions
下降，引起振动等失效现象，在实际应用中应与工况
图 4 不同保持架位置下摩擦力随时间变化曲线
相结合，保证轴承的运行强度.
保持架位置所引起的摩擦力波动情况仍与润滑脂的

流变剪切特性相关. 当保持架中心高于钢球中心时， 0.25 h c =5 mm

润滑性能提高的主要原因在于：(1)形成收敛间隙，上 h c =10 mm
h c =15 mm
0.20
宽下窄的收敛间隙使钢球与保持架之间的接触间隙
增大，接触面积减小，更有助于在滚动方向上储存润 0.15
F/N
滑剂，帮助润滑回填；(2)避免润滑脂刮蹭，保持架向 0.10
上移动减小了保持架上端面对滚动体上润滑脂的切
0.05
脂力；(3)润滑脂流动及剪切程度，相较于固定间隙，
收敛有利于增加润滑脂的剪切程度，加快润滑脂的析 0.00 0 2 4 6 8 10 12
油效率，降低表观黏度. 需要指出，保持架与滚动体之 T/min
间的偏移高度不宜过大，过大会引起滚动体与保持架 Fig. 5 Variations of friction with time under
different cage height
的接触下方流动受限，造成直接接触，反而使摩擦力
图 5 不同保持架高度下摩擦力随时间变化曲线
上升，如偏移程度为+0.5和 +1.5 mm的测试结果所示；
因此保持架中心高于钢球中心一定范围内，有利于改 2.4 滚动体与保持架兜孔间隙对摩擦力的影响
善润滑脂的流动分布，降低滑动摩擦力. 滚动体与保持架兜孔之间的间隙决定了润滑脂
当保持架中心低于钢球中心时，摩擦力较高，润 的剪切速率，为探究滚动体与保持架兜孔间隙产生的
滑性能较差，包括以下三方面原因：(1)接触负压，保持 影响，分别测量了不同间隙情况下的摩擦力. 图6所示
架中心高度下降，兜孔内形成上窄下宽的发散间隙且保 为滚动体速度为256 mm/s和兜孔高度为15 mm的测试
持架使间隙内外形成气压差，当钢球转动时兜孔内形成 结果，其中横坐标T为测试时间，单位记为分钟(min)；
低压，在外界气压作用下，产生负压造成对保持架的拉 纵坐标F为摩擦力，单位记为牛(N). 由图6可以看出不