Page 202 - 《振动工程学报》2025年第11期

2660 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

理论值 仿真值

球自转角速度 / (rad·s −1 )
3 加 速 工 况 下 全 陶 瓷 轴 承 打 滑 特 性 分 析 520

全陶瓷轴承在加速工况下，由于离心力导致球 800 480
与滚道之间的接触力发生显著变化，球与滚道在接 400
触中有明显的打滑现象 [31] 。球存在缺陷时会严重影
响这种接触特性。本文以 7006CE 全陶瓷角接触球 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
轴承为仿真对象，模拟打滑及非线性振动特性，具体 时间 / s
(a) 200 rad/s 2
参数如表 1 所示。

表 1 7006CE 全陶瓷角接触球轴承参数 2800 1300
Tab. 1 Parameters of 7006CE full ceramic angular contact ball 2400 1250
2000
bearing 1600
球自转角速度 / (rad·s −1 ) 1200
参数 参数设置 800
轴承型号 7006CE 400
内径/mm 30 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
外径/mm 55 时间 / s
球直径/mm 6.35 (b) 500 rad/s 2
轴承节圆直径/mm 42.5
初始接触角/(˚) 15 4800 2600
内滚道直径/mm 37.04 4000 2500
外滚道直径/mm 49.11 3200
滚动体数量 13 球自转角速度 / (rad·s −1 ) 2400
初始游隙/μm 15 1600
轴承宽度/mm 13 800 0
轴承材料 ZrO 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
−3
密度/(g·cm ) 5.67 时间 / s
(c) 1000 rad/s 2
泊松比 0.28
图 8 不同内圈角加速度下球的自转角速度
弹性模量/GPa 220
Fig. 8 Rotational angular velocity of the ball under different
angle accelerations of inner race
3.1 内圈角加速度对全陶瓷轴承打滑特性的影响

本节以球缺陷宽度为 0.5 mm 的全陶瓷轴承为例， 0.6 2
在 载 荷为 300 N， 内 圈 角 加 速 度 分 别 为 200、 500、 0.5 200 rad/s 2
500 rad/s
0.4
1000 rad/s 时，探究加速度对全陶瓷轴承打滑特性的 球与内滚道的滑移速度 / (m·s −1 ) 0.3 1000 rad/s 2
2
影响。 0.2
图 8 为存在缺陷球的全陶瓷轴承在内圈以不同 0.1
角加速度加速 1 s 的过程中，自转角速度理论值和仿 0 1.0
真值的对比。可以发现，球的自转角速度仿真值呈 0 0.2 0.4 0.6 0.8
时间 / s

阶梯状上升。这是因为，在承载区，球承受载荷作
图 9 不同内圈角加速度下球与内圈的滑移速度
用，在内滚道摩擦力的作用下自转加速，与理论值相 Fig. 9 Slipping velocity between the ball and inner race under
同。在非承载区，球不受载荷作用，此时不受内滚道 different angle accelerations of inner race
的摩擦力，只能靠保持架的推动向前运动，因此，仿
在相同时间内，内圈角加速度的增大导致球与内圈
真值会小于理论值。随着转速的提升，球自转角速
滑移曲线的三角波峰数量增加，这是由于球与内滚
度仿真值的波动变小，这表明全陶瓷轴承在启动初
始阶段打滑最严重。并且，内圈的加速度越大，仿真 道之间的接触频率增加所致。
值靠近理论值的速度越快。 图 10 展示了以不同内圈角加速度加速 1 s 的过
图 9 为不同内圈角加速度下球与内圈的滑移速 程中，保持架旋转速度的理论值与仿真值的对比。
度。可以发现，内圈角加速度越大，球与内圈的最大 可以看出，内圈在 3 种不同角加速度加速过程中，由
滑移速度越大，且最大滑移速度发生的时间越快。 于全陶瓷轴承打滑的影响，保持架旋转速度的仿真