Page 68 - 摩擦学学报2025年第8期

1166 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

1 数值计算模型

h 1
1.1 轴承内圈表面织构设计
本文中以NSK 7009C角接触球轴承为研究对象，轴
承结构参数列于表1中. 文献[27-28]研究表明圆凹坑
形织构对轴承减摩有良好的效果，因此，在轴承内圈表面 h 3
设计圆凹坑形表面织构. 内圈表面共有4列织构，布置
在内圈滚道中心的两侧，如图1所示. 参考文献[12-14]的 h 2
试验结果中，圆凹坑形织构深径比为0.3，直径为100 μm，
Unit: mm
深度为30 μm，凹坑织构列间距h 为200 μm，凹坑织构
1
周向间距h 为300 μm，相邻两列凹坑织构周向错开间 Fig. 1 Schematic Diagram of Texture Arrangement on Inner
2
Raceway Surface of Angular Contact Ball Bearings
距h 为150 μm.
3 图 1 角接触球轴承内圈表面织构排布示意图

表 1 NSK7009C角接触轴承结构参数
进行比较，结果如图3所示. 最终选定流体域由340万
Table 1 structural parameters of NSK7009C angular
contact ball bearing 个多面体网格组成，最小网格单元尺寸为0.01 mm.

Parameters Specifications 1.3 边界条件
Outer diameter/mm 75
使用VOF (Volume of fluid)模型进行油-气两相界
Bore diameter/mm 45
3
面的追踪，主相是空气，密度为1.225 kg/m ，动力黏度
Pitch diameter/mm 60
3
−5
Bearing width/mm 16 为1.789 4×10 Pa·s；次相是润滑油，密度为876 kg/m ，
Contact angel/(°) 15
动力黏度为0.059 6 Pa·s. 油和空气间的两相张力为
Ball diameter/mm 7.8
0.04 N/m，假定二者均为不可压缩流体，同时设定重
Ball number 16
2
力加速度为9.81 m/s . 初始化后，通过Adapt功能在滚
1.2 数值分析模型 道上方添加1个半径为0.25 mm的油滴，油滴的初始速
考虑到油滴在内圈表面的迁移主要受黏性力和 度设定为1 m/s，方向与重力加速度方向相同. 时间步
−6
表面张力影响，为降低计算成本，只保留1个周期内(整 长设定为1×10 s，1 000个时间步长，每个时间步长迭
体 1/16)的 轴 承 内 圈 及 其 附 近 流 体 域 . 采 用 Fluent 代20次，进行瞬态分析计算. 初始化后油滴在轴承腔
Meshing中的Polyhedra方法对流体域进行网格划分， 内的示意图如图4所示.

并对油滴流经的地方使用Body of Influence技术进行 1.4 数值模拟试验验证
网格加密，提高仿真精度，计算域网格划分如图2所 为验证数值分析的正确性，搭建了油滴接触角测
示. 为探究网格数量对计算结果的影响，进行网格无关 量平台，该系统由图像采集系统、高速摄影仪、微量
性验证，设置5组不同网格数量，在相同内圈转速下，对 注射器和置物平台组成，如图5所示. 试验中，在同一
同等大小油滴落在织构内圈表面稳定后的铺展面积 织构位置重复多次试验进行数据采样，进行接触角测

Fig. 2 Meshing model of oil droplet wetting and spreading fluid domain
图 2 油滴润湿铺展流体域网格模型