Page 69 - 摩擦学学报2025年第8期

第 8 期 王保民, 等: 球轴承内圈织构表面润滑油滴润湿铺展行为研究 1167

量，取平均值. 图6所示为数值分析样板液滴三维视 为进一步验证数值分析方法，设计搭建了油滴动
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图，因试验样板为轴承钢，与轴承内圈材料相同 ，设 态试验观测平台，如图8所示. 液滴动态试验观测平台
置壁面接触角为70°，将数值分析与试验结果对比分 由图像采集系统、光源、试验样板和T2410超高速摄
析，结果如图7所示. 可以看出随着织构间距的增加， 像机组成. 试验时，使用微量注射器吸取10 μL润滑
油滴在织构化表面的接触角逐渐增大，数值分析与试 油，在样板正上方2 cm高度进行定量注射，记录液滴

验测量结果基本一致，最大偏差为1.5%. 在织构样板表面的铺展过程. 数值模型分析和试验条
件完全相同，将试验与数值分析进行可视化对比，液

0.53 3 400 108 滴铺展过程如图9所示. 数值分析与试验测得油滴在
Droplet spreading area/mm 2 0.51 分析方法的有效性.
0.52
织构表面的铺展过程基本相同，进一步验证了本数值

0.50
0.49
2 结果与讨论
0.48

2.1 油滴在轴承内圈滚道织构表面的铺展行为分析
0.47
0.46
0.45 2.1.1 油滴在静止滚道织构表面的润湿铺展过程
当内圈转速为1 000 r/min、油滴半径为0.25 mm、
200 250 300 350 400 450
Number of grids/10 4 初速度为1 m/s时，油滴在静止滚道织构表面铺展过程
Fig. 3 Grid-independence verification 如图10所示. 从图10看出，0.1 ms后油滴和滚道表面相
图 3 网格无关性验证
接触后逐渐铺展，0.5 ms时在重力的作用下充分铺展，
(a) (b) Enlarged scale 3:1

A
B
Oil droplet

(c) Enlarged scale 3:1

Fig. 4 Oil droplet inside fluid domain: (a) three-dimensional view; (b) A cross-sectional view; (c) B cross-sectional view
图 4 轴承腔内油滴示意图：(a)三维视图；(b) A截面视图；(c) B截面视图

Microinjector Image acquisition

Textured steel plate

High-speed camera

Setting platform

Fig. 5 Test rig for contact angle
图 5 液滴接触角测量平台