Page 90 - 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 1487

Convergent clearance Test data

0.15 Fitting curve
f 1
Grease Cage
Ⅱ.
Ball 0.10 Partial
Ball effective
f 2 F/N
u b clearance Ⅲ.
Cage Ⅰ. Non-
0.05 Effective effective
clearance clearance

Fig. 8 Clearance diagram of convergent 0.00
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
图 8 收敛间隙示意图 s/mm
Fig. 9 Variations of friction with clearance
顺时针转动时将保持架上的受力分为两部分：f 为保 图 9 摩擦力随间隙的变化图
1
持架切削堆积脂产生的力，f 为润滑脂流动产生的力.
2
上调保持架避免了保持架上端对润滑脂的切削和堆 何接触摩擦，间隙对滑动摩擦力无影响. 因此，图6中
积，使f 减小；同时，内部有效接触间隙上方变宽下方 随着间隙增大滑动摩擦力越来越小.
1
变窄，f 也随之变化. 结合图4结论，当保持架上调高度 3.5 保持架因素对摩擦力的影响
2
小于1 mm时，f 大于f ，摩擦力减小；当保持架上调高度 上述试验表明滚动体与保持架之间的滑动摩擦
2
1
大于1 mm时，下方间隙过窄使保持架与滚动体紧密 力受多种因素影响，为便于分析，将摩擦力与多种因
接触，f 大于f ，摩擦力增大. 因此图4中摩擦力为f 和 素之间的关系归纳成公式(3).
1
2
1
f 的综合结果，适当调整保持架与滚动体相对位置，摩 u b · A·h d ·η
2
F = k (3)
擦力会变小，调整保持架位置过高，摩擦力会变大. s
3.3 保持架高度对摩擦力的影响机理 式中：u 为滚动体速度；A为保持架兜孔侧缘面积，其
b
保持架几何形状对摩擦力作用明显，当保持架高 大小由保持架高度决定，高度越高，兜孔侧缘面积越
度增加后，兜孔侧缘面积增大，滚动体被保持架包裹 大；h 为保持架中心偏移高度，以形成最佳收敛间隙
d
更充分. 两者之间会贮留更多的润滑脂被剪切，润滑 为准，式中h 取值为0.5~1.0 mm；η为表观黏度，由润
d
脂的黏滞性产生更大抵抗剪切变形的力，因此图5中 滑剂的油品性质决定；s为滚动体与保持架兜孔间隙；
滑动摩擦力随着保持架高度增大而增大. k与滚动体和保持架的表面形貌、材料特性等综合因
3.4 保持架间隙对摩擦力的影响机理 素有关.
兜孔内间隙变化会影响流体厚度，这里的流体厚 通过多种保持架结构测试，发现改变保持架表面
度与兜孔间隙内的润滑脂的量成正比. 间隙越小储存 形貌对滑动摩擦力有显著影响，因此推测球-保持架
的润滑脂越少，而流体厚度h与剪应变率γ成反比，因 接触区决定了滑动摩擦力的变化，目前已针对保持架
此间隙越小，剪应变率越大，摩擦力越大. 试验中润滑 兜孔表面织构处理进行试验，进一步探究表面特征对
脂流动所能承载的最大厚度为0.6 mm，对各间隙稳态 滑动摩擦力以及润滑脂流动带来的影响.
时的摩擦力取平均值进行曲线拟合，可将间隙的影响
分为3个阶段，如图9所示，其中横坐标s为兜孔间隙， 4 结论

单位记为毫米(mm)；纵坐标F为摩擦力，单位记为牛(N). 本文中通过保持架模拟单元，利用其自由变位移
Ⅰ阶段为有效影响间隙，当间隙处于0.0~0.6 mm以内 动特性，测量了滚动体不同速度，保持架不同位置、保
时，由于润滑脂流动，滚动体与保持架之间始终保持 持架高度以及滚动体与保持架兜孔间不同间隙情况
滑动摩擦，间隙直接影响滑动摩擦力的大小；Ⅱ阶段 下的滑动摩擦力，并对其机理进行分析，结论如下：
为非有效影响间隙，当间隙处于0.6~0.8 mm以内时， a. 滑动摩擦力与剪切速度正相关，剪切速度影响
间隙超过润滑脂最大厚度，由于惯性和润滑脂的黏连 表观黏度变化率以及达到稳态的时间，剪切速度越
性，滚动体与保持架之间偶尔产生滑动摩擦，间隙对 大，表观黏度下降越明显，达到稳态的时间也越长.
滑动摩擦力没有决定性影响；Ⅲ阶段为无影响间隙， b. 滚动体与保持架的中心相对高度存在1个最优
当间隙大于0.8 mm时，滚动体与保持架之间不发生任 值，可根据滚动体转向适当调节保持架高度，降低滑