深溝球軸承保持架形狀最優(yōu)化的低摩擦力矩研究

1.2 潤滑脂分布可視化試驗

為了解深溝球軸承內部潤滑脂的狀態(tài)，研究低摩擦力矩化的相關(guān)方法，運用X射線(xiàn)電腦斷層造影(CT)系統使旋轉試驗后的軸承內部可視化?？梢暬幂S承的外觀(guān)照片如圖2所示。結構零件的細節以及X射線(xiàn)照射條件分別見(jiàn)表2和表3。

表2 可視化用試驗軸承結構零件

潤滑脂

表3  X射線(xiàn)照射條件

表4 輕載條件下的試驗條件

表5 重載條件下的試驗條件

深溝球軸承內圈旋轉，用測力傳感器測量外圈上產(chǎn)生的摩擦力矩。輕載條件下，深溝球軸承上只承受軸向載荷；重載條件下，深溝球軸承上承受軸向與徑向聯(lián)合載荷。由于通過(guò)空氣軸承施加軸向載荷及徑向載荷，高精度地測量了深溝球軸承摩擦力矩。各種載荷條件下從最高轉速以每次2000 r/min為一級，最終轉速降低至2000 r/min，在各轉速下保持1 min間隔，讀取摩擦力矩平均值作為各轉速下的摩擦力矩值。

深溝球軸承內、外圈溝道斷面形狀為圓弧狀，在只有軸向載荷作用的條件下，全部球與內、外圈接觸角變成相等狀態(tài)，公轉半徑也成為相等狀態(tài)，所以通過(guò)假定球速度為恒定可達到減小球-保持架之間作用力的目的。在同時(shí)有徑向及軸向載荷作用的條件下，因各個(gè)球與內、外圈接觸角不同，所以球在溝道上的公轉半徑發(fā)生變化，由于球速度不均勻，可達到加大球-保持架之間作用力的目的。

1.4 潤滑脂分布可視化試驗結果

使用X射線(xiàn)CT裝置觀(guān)察旋轉試驗后脂潤滑深溝球軸承內部潤滑脂分布的結果，如圖5所示。根據X射線(xiàn)透射率，以深淺不同顏色表示了各軸承結構零件，軸承內部潤滑脂分布得以可視化。由于離心力作用，潤滑脂呈塊狀附著(zhù)在外圈側。內圈側與潤滑脂塊存在間隙。常規保持架與球間為面接觸，由于潤滑脂進(jìn)入常規保持架-球之間，所以可認為因潤滑脂的剪切導致產(chǎn)生摩擦力矩。

圖5 X射線(xiàn)CT觀(guān)察結果(常規軸承)

2  實(shí)現低摩擦力矩化的保持架形狀

研究通過(guò)開(kāi)發(fā)新結構的保持架，以降低深溝球軸承摩擦力矩?；赬射線(xiàn)CT的觀(guān)察結果，可得到以下降低摩擦力矩的指南。

1）由于保持架-球之間潤滑脂的剪切成為摩擦力矩產(chǎn)生的因素，所以應使潤滑脂的剪切作用最小化。

2）由于離心力的作用，潤滑脂附著(zhù)于外圈側，所以由于改變保持架形狀，當保持架位于外圈側，潤滑脂的攪拌阻力及剪切阻力會(huì )增加；當保持架位于內圈側，潤滑脂的攪拌阻力及剪切阻力會(huì )減小。

根據這些知識，為降低軸承摩擦力矩，采用了以下保持架結構。

1）保持架-球之間形成點(diǎn)接觸；

2）不是采用保持架的卡爪抱住球的引導方式，而是采用套圈引導方式。套圈引導方式可考慮內圈引導方式及外圈引導方式，而為了降低潤滑脂的攪拌阻力及剪切阻力，采用內圈引導方式。

常規保持架和新結構的開(kāi)發(fā)保持架如圖6所示。常規保持架中保持架兜孔與球的接觸狀態(tài)如圖6a所示。常規保持架是球引導方式，所以常規保持架與球為面接觸。開(kāi)發(fā)保持架中保持架兜孔與球的接觸狀態(tài)如圖6b所示，開(kāi)發(fā)保持架與球為點(diǎn)接觸。