深溝球軸承具備以下(xià)優點：能承受徑向載荷與雙向的(de)軸向載荷、低(dī)摩擦力矩、低(dī)噪聲、低(dī)成本等，所以作(zuò)為(wèi)汽車、工(gōn外他g)業(yè)機(jī)械用軸承獲得廣泛應用。近(jìn)年(nián)來(lái)，世界書靜各國(guó)頒布、執行了汽車的(de)油耗法規，今後會進一步收緊油耗法規限值。此外(wài)可一，在工(gōng)業(yè)機(jī)械領域也在推進節能化(huà快放)，要求這(zhè)些領域所用深溝球軸承進一步降低(dī)摩擦力矩。
滾動軸承摩擦力矩起因于潤滑劑的(de)攪拌阻力、滾動黏滞阻力、球自(zì)旋及差動滑動等導緻的(de)自雪滑動摩擦阻力以及球與保持架之間(jiān)的(de)滑動摩資為擦阻力。為(wèi)降低(dī)潤滑劑的(de)攪拌阻力及滾動黏滞阻力，潤滑劑的(de)低(dī)黏度化(huà)是有(yǒu)效的(de)，近(jìn)來上年(nián)來(lái)學者們開(kāi)展了大量研究。不過這金友(zhè)類方法雖可實現(xiàn)低(dī)摩擦力矩化(huà)，但年慢(dàn)許多情形下(xià)會降低(dī)壽命等其他(tā)性綠見能。
深溝球軸承多使用潤滑脂潤滑，以往通(tōng)過改善潤滑脂推進了軸承低(dī)摩擦力矩化(huà)，不過僅通(動線tōng)過改善潤滑脂來(lái)降低(dī)摩擦力風喝矩也是有(yǒu)限度的(de)。本文(wén)介紹費小為(wèi)降低(dī)脂潤滑深溝球軸承摩擦力矩進行軸承內(nèi)部潤滑脂行為(wèi)的(de)可視(shì)化(huà)，獲得使脂潤滑條件(jiàn)下(xià)所用保持架形狀最快樹優化(huà)的(de)指南。通(tōng)過開(kāi)發既降工議低(dī)潤滑脂剪切阻力及攪拌阻力，又(yòu)對(duì)其他(tā)性能無影響的(de下人)新結構保持架，實現(xiàn)了低(dī)摩擦力矩化(huà)技(jì)術。
1 新保持架開(kāi)發的(de)基礎試驗
1.1 試驗軸承
為(wèi)研究保持架對(duì)摩擦力矩的(de)影響，采友麗用汽車、工(gōng)業(yè)機(jī)械用具有(yǒu)非接觸式密封的(de)普通(tōn花慢g)深溝球軸承作(zuò)為(wèi)試微商驗軸承，其尺寸規格見表1。
作(zuò)為(wèi)試驗軸承使用的(de)常規深溝球軸承近(jìn)年(nián)影麗來(lái)主流使用冠狀樹脂保持架，如圖1所示。
表1 深溝球軸承試樣的(de)尺寸規格
試驗軸承 | 軸承內(nèi)徑 （mm） | 軸承外(wài)徑 （mm） | 軸承寬度 （mm） | 基本額定動載荷（kN） | 基本額定靜載荷（kN） | 球數 | 保持架材料 |
6302ZZ | 15 | 42 | 15 | 14.3 | 5.45 | 7 | 尼龍66 |
圖1 保持架( 常規)
1.2 潤滑脂分布可視(shì)化(huà)試驗
為(wèi)了解深溝球軸承內(nèi)部潤滑農票脂的(de)狀态，研究低(dī)摩擦力矩化(huà)的(de)相(x姐就iàng)關方法，運用X射線電(diàn)腦斷層造影(CT)系統使旋轉試驗後的(de)軸承內(nèi)朋離部可視(shì)化(huà)。可視(shì)化(huà)用軸承的(de)外(wài)觀照(zhào)片如圖2嗎國所示。結構零件(jiàn)的(de)細節以及X射線照(zhào)射條件(jiàn)分别見文物表2和(hé)表3。
圖2 可視(shì)化(huà)用試驗軸承
表2 可視(shì)化(huà)用試驗軸承結構零有綠件(jiàn)
潤滑脂
內(nèi)圈 | 外(wài)圈 | 球 | 保持架 | 防塵蓋 | 增稠劑 | 錐入度 | 40℃時(shí)基礎油的(de)運動黏度潤滑脂（mm2/s） | 潤滑脂數量 |
丙烯酸樹脂 | 丙烯酸樹脂 | 石英玻璃 | 尼龍66 | ABS樹脂 | 锂皂基 | 250 | 26 | 0.84 |
表3 X射線照(zhào)射條件(jiàn)
X射線管電(diàn)壓（kV） | X射線管電(diàn)流（A） |
100 | 460 |
為(wèi)提高(gāo)潤滑脂的(de)X射校會線透射率，照(zhào)射低(dī)輸出吧坐功率的(de)X射線(管電(diàn)壓100 kV)，明是以判别潤滑脂與空氣的(de)差異。在此，使用X射線透射率高(gāo)的(de)材質構成人電結構零件(jiàn)，以便即使低(dī)輸出功率的(de)X射線也能使深溝球軸承內(nèi)部可視(shì)化內火(huà)。軸承內(nèi)、外(wài)圈采用丙烯酸樹脂；球采用石英玻璃；保持架采用尼龍6愛匠6；防塵蓋采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯合成樹道慢脂(ABS樹脂)。在可視(shì)化(huà)試驗前的(de)旋轉試驗中，在軸向事讀載荷20 N下(xià)以1 800 r/min的(de)轉速使內(nèi)圈旋轉5&子微nbsp;min。使用下(xià)節所述的(de)輕載下(xià)的(de)摩擦力矩測頻務試台進行旋轉試驗。
1.3 摩擦力矩測試
按2種載荷條件(jiàn)(輕載/重載)進行深溝球軸承摩擦力矩測量。輕載條件(jiàn)下(xià)摩擦力矩測試台如圖3所示，試驗條件(jiàn)見表4；重載條件(票媽jiàn)下(xià)摩擦力矩測試台如圖4所示，試驗條件(jiàn)見表5。
圖3 輕載條件(jiàn)下(xià)摩擦力矩測試台
表4 輕載條件(jiàn)下(xià)的(de)試驗條件(jiàn)
軸向載荷（N） | 徑向載荷（N） | 轉速（r/min） |
1 | 0 | 14000→12000→10000→8000→6000→4000→2000 |
圖4 重載條件(jiàn)下(xià)摩擦力矩測試台
表5 重載條件(jiàn)下(xià)的(de)試驗條件(jiàn)
軸向載荷（N） | 徑向載荷（N） | 轉速（r/min） |
1000 | 100 | 10000→8000→6000→4000→2000 |
深溝球軸承內(nèi)圈旋轉，用測力傳感器(qì)測量外(wài)圈上(shàng)産生(shē視費ng)的(de)摩擦力矩。輕載條件(jiàn)下(xià)，深玩用溝球軸承上(shàng)隻承受軸向載荷；重載條件(jiàn)下(xià)，深溝球軸承學木上(shàng)承受軸向與徑向聯合載荷。由于通(tōng)過空氣軸承施加軸向載荷及徑向載荷，個也高(gāo)精度地(dì)測量了深溝球軸承年空摩擦力矩。各種載荷條件(jiàn)下(xià你雪)從(cóng)最高(gāo)轉速以每次2000 r/min為(wèi)一級，最終轉速降低煙聽(dī)至2000 r/min，在各轉速下(會那xià)保持1 min間(jiān)隔，讀取摩擦力矩平均值作(湖得zuò)為(wèi)各轉速下(xià)的(de)摩擦力矩值。
深溝球軸承內(nèi)、外(wài)圈溝道(dào)斷面形狀為(wèi女拍)圓弧狀，在隻有(yǒu)軸向載荷作(zuò)用的(de)條件(jiàn)下(xià)，全部球與輛員內(nèi)、外(wài)圈接觸角變成相(xiàng)等狀态，公轉半徑也成為(wèi)相(x答去iàng)等狀态，所以通(tōng)過假定球看水速度為(wèi)恒定可達到減小(xiǎo)球-保持架之間(現章jiān)作(zuò)用力的(de)目的(de)。在同時(shí)有(yǒu)徑向及軸向載荷作(z事劇uò)用的(de)條件(jiàn)下(xià)，因各個(gè)球與內(nèi)、外醫個(wài)圈接觸角不同，所以球在溝道(dào)上(shàng)的著自(de)公轉半徑發生(shēng)變化(huà)，由于球速度不均勻，可達到加大現裡球-保持架之間(jiān)作(zuò)用姐說力的(de)目的(de)。
1.4 潤滑脂分布可視(shì)化(huà)試驗結果
使用X射線CT裝置觀察旋轉試驗後脂潤滑深溝球軸承內(nèi)部潤滑脂分布的(de)結果，如圖5所示。根據X射線透射知朋率，以深淺不同顔色表示了各軸承結構零件(jiàn)，軸承內(nèi)部潤滑脂分布得以可視樂兵(shì)化(huà)。由于離心力作(zuò)用，潤滑脂呈塊狀附着在外(w會匠ài)圈側。內(nèi)圈側與潤滑脂塊存在間(jiān)隙。常綠民規保持架與球間(jiān)為(wèi)面接觸，由于潤滑脂進入常規保持架-球之間(jiān)章坐，所以可認為(wèi)因潤滑脂的(de)剪切導緻産生(shēng)摩擦力矩。
圖5 X射線CT觀察結果(常規軸承)
2 實現(xiàn)低(dī)摩擦力矩化(huà)的(de)保持架形狀
研究通(tōng)過開(kāi)發新結構的(de)保持架，以降低(dī)深溝球軸承摩擦力矩。基于X射線CT的(de)觀察結果，可得到以下(xià)降低(dī大員)摩擦力矩的(de)指南。
1）由于保持架-球之間(jiān)潤滑脂的(de)剪切成為(wèi)摩擦力矩産生(shēng)的(de)因素，所術門以應使潤滑脂的(de)剪切作(zuò)用最小(xiǎo)化(雨月huà)。
2）由于離心力的(de)作(zuò)用，潤滑脂附着于外(wài)圈側，所以由于改變保持架形狀，當保持架位于外(wài)圈側，潤滑脂的(de)攪拌阻力及剪切阻力會增加美志；當保持架位于內(nèi)圈側，潤滑脂的(de)攪拌阻力及剪切阻力會減小(xiǎo)亮遠。
根據這(zhè)些知識，為(wèi)降低(dī)軸承摩擦力矩，采用了以下(xi能音à)保持架結構。
1）保持架-球之間(jiān)形成點接觸；
2）不是采用保持架的(de)卡爪抱住球的(de)引導方式，而是采用套圈引導方式。套圈引導方式可考慮內(nèi)圈引導方式及外(w裡金ài)圈引導方式，而為(wèi)了降低(dī)潤滑脂的(de)攪拌阻力及剪切阻力，采用內(我票nèi)圈引導方式。
常規保持架和(hé)新結構的(de)開(kāi)發保持架如圖6所示。常規保持架中保持架兜孔與球的(de)接觸狀态如圖能熱6a所示。常規保持架是球引導方式，所以常規保持架與球為(wèi)面接觸。開門吧(kāi)發保持架中保持架兜孔與球的(de)接觸空很狀态如圖6b所示，開(kāi)發保持架與球為(wèi)笑放點接觸。
圖6 深溝球軸承的(de)球與保持架接觸狀态（左-常規；右-新開(kāi)發）
常規保持架和(hé)開(kāi)發保持架的(de)引導方式如圖7所示。常規保持架是球引導方式，保持架與球接觸；兵子開(kāi)發保持架則是內(nèi)圈引導方式，保持架與內(nèi)圈接觸。
圖7 深溝球軸承的(de)引導
3 新結構保持架的(de)測量結果
3.1 潤滑脂分布可視(shì)化(huà)試驗結果
為(wèi)了确認新結構的(de)開(kāi)發保持架實現(xiàn)看有如設計(jì)目标那(nà)樣的(de)功能，對(duì)裝有(yǒu)開(kāi)發保持架的(de)深溝球軸承內(n資哥èi)部潤滑脂分布進行了觀察，結果如圖8所示。确認了開(kāi)發保持架與球的(de)接觸部位如設計(jì)目标那(nà)樣形成點接觸。此外(wài)，潤滑脂形成塊狀，由于離心力而附着在外(wài)圈側，內(nèi)圈側附着的(de)歌白潤滑脂少，所以由于形成內(nèi)圈引導方式，難以産生(shēng)潤滑脂攪拌及剪切。
圖8 X射線觀察結果(開(kāi)發保持架)
3.2 摩擦力矩測量結果
對(duì)常規軸承與裝有(yǒu)新結構的(de)開(k習答āi)發保持架的(de)深溝球軸承（以下(xià)稱開(kāi)發軸承）聽區進行了摩擦力矩測量，結果如圖9a和(hé)圖10a 所示。常規軸承與開(kāi)發軸承的業近(de)摩擦力矩之比如圖9b和(hé)圖10b所示。無論是常規軸承車哥，還(hái)是開(kāi)發軸承，均測量了2套軸承，在此表示為(w綠科èi)常規軸承1，2和(hé)開(kāi)發軸承1，2。相(xiàng)比于了吃裝有(yǒu)球引導保持架的(de)常規軸承，裝有(yǒu)內(nèi)圈引導保持架的(de)開(kāi行雪)發軸承在輕載及重載條件(jiàn)下(xià)均有(yǒu)兵南降低(dī)摩擦力矩的(de)效果。
圖9 輕載條件(jiàn)下(xià)深溝球軸承的(de)摩擦力矩
由圖9可知，輕載條件(jiàn)下(xià)，雖說(shuō)摩擦力是生矩的(de)絕對(duì)值低(dī)些，但(dàn樹購)開(kāi)發軸承的(de)摩擦力矩大幅降低(dī)。随着轉速的(de)提高(gā年男o)，常規軸承摩擦力矩也呈現(xiàn)增加趨勢，而開(kāi)發軸承的(de)摩明道擦力矩變化(huà)小(xiǎo)，而且越是明嗎在高(gāo)速區(qū)，降低(dī)摩擦力矩的(de)效果越明(míng)顯。在試驗的(de)最高(gāo)轉速14 0村算00 r/min下(xià)，開(kāi)發軸承比常規軸承降低(d商校ī)約80%的(de)摩擦力矩。
輕載條件(jiàn)下(xià)，在軸承摩擦力矩中潤滑脂的(de)攪拌阻生兵力及剪切阻力降低(dī)所占的(de)比例大。至于使用新結構保持架，由于大幅降低(dī門雜)潤滑脂的(de)攪拌阻力及剪切阻力，軸承摩擦力矩降低(dī)效果明(míng)顯。
由圖10可知，随着載荷的(de)增加，常規軸承、開(kāi)發軸承的(de)摩擦力矩增加。不過随着載荷的(村近de)增加，開(kāi)發軸承比常規軸承的(de)摩擦力站花矩增加少，即便在重載條件(jiàn)下(xià)也可見在試驗的(d話哥e)全部轉速區(qū)，開(kāi)發軸承具備摩銀弟擦力矩降低(dī)的(de)效果。開(kāi)發軸承比常規軸承的志問(de)摩擦力矩降低(dī)約20%~40%。重載條件(jiàn)下(xià)，在産生(shēng)摩擦力矩的(de)因素內答中，除保持架以外(wài)，滾動黏滞阻力和(hé)差動滑動等因素的(de電藍)影響大，所以可推定相(xiàng)比輕載條件(jiàn)，因保持架討時降低(dī)摩擦力矩的(de)比例變小(xiǎo)，但(dàn)仍獲得明(míng)顯效果。在同時(shí)承受徑向及軸向載荷條件(jiàn生可)下(xià)，由于各個(gè)球與內(nèi)、外(wài)圈接觸角不同，所以城日球在溝道(dào)上(shàng)的(de)公轉半徑發生(shēng)變化(huà)，球速度森明均勻。球速度不均勻産生(shēng)超前滞後現(店我xiàn)象，但(dàn)是起因于球速度的(de)不均勻，推壓保持架-球之間(jiān)的術你(de)接觸部位的(de)載荷起到大的(de)作(zuò)用，而新結構保持架金舞由于能降低(dī)那(nà)些部位的(de)影醫潤滑脂攪拌及剪切阻力，所以能降低(dī)軸承摩擦力矩。
圖10 重載條件(jiàn)下(xià)深溝球軸承的(de)摩擦力矩
4 結論
1）利用X射線CT裝置對(duì)脂潤滑深溝球軸承進行了觀察，結果表明(míng)，軸承行文摩擦力矩損失中保持架-球之間(jiān)的(de)潤滑歌請脂剪切在起作(zuò)用。
2）基于X射線CT裝置觀察結果表明(míng)，由于潤滑脂因離心力作(zuò)用而附着在外(wài)圈東雜上(shàng)，所以得到以下(xià)啓示雨線：通(tōng)過改變保持架形狀，當保持架位于外(wài)圈側，則潤滑脂攪拌及剪切北資阻力增加；相(xiàng)反地(dì)，當保持架位于內(nèi)圈側，則雨風潤滑脂攪拌及剪切阻力減小(xiǎo)。
3）在整個(gè)轉速區(qū)，使用開(kāi)發的(de)新結構保持架使輕軸向載荷作(zuò)用下(xià)的(de)摩擦力矩降低(dī)6又微0%以上(shàng)。
4）開(kāi)發的(de)新結構保持架能大幅降低(d習我ī)徑向及軸向聯合載荷作(zuò)用下(xià)的(de)摩擦力矩。期待利用街影新結構保持架降低(dī)摩擦力矩的(de)方法成為(w道物èi)不影響額定載荷量等其他(tā)性能的(de)方法。
（參考文(wén)獻略）
深溝玉軸受の保持器(qì)形狀最適化(huà)による低(dī)トルク化(huà)に很們関する研究
來(lái)源：《トライボロジスト》，2019，64（3)：54-60.
作(zuò)者：鎌本 繁夫等
翻譯：劉陽春 校(xiào)對(duì)：劉耀中
整理(lǐ)、排版：軸承雜(zá)志(zhì)社
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