滚动轴承摩擦与润滑

轴承摩擦力矩测试仪
结论
• 轴承的摩擦力矩可以通过数学方法比较精确的计 算出来。通过对摩擦力矩在不同情况下得计算可 以知道轴承在不同条件下的运转状态 • 轴承在低速工作时较大的内沟曲率半径系数有利 于角接触球轴承摩擦力矩的减低；高速运转时， 较小的内沟曲率半径系数更有利于轴承摩擦力矩 的减少。
参考文献
欧洲空间技术实验室摩擦力矩试验台结构示意图
欧洲空间技术实验室摩擦力矩试验台工作原理
法兰盘安装在筒状支撑的顶端，由一个气体轴承支撑， 法兰盘安装在筒状支撑的顶端，由一个气体轴承支撑，使 它的位置固定。被测试轴承的外圈由法兰盘固定， 它的位置固定。被测试轴承的外圈由法兰盘固定，保证了 被测试轴承的轴线是垂直的。筒状支撑、 被测试轴承的轴线是垂直的。筒状支撑、法兰盘和外圈一 起转动，最高转速5000rpm 5000rpm。 起转动，最高转速5000rpm。被测试轴承的转速通过位于 法兰上面的计数器测得， 法兰上面的计数器测得，在筒状支撑下端可以悬挂加载轴 向载荷。在法兰上面安装的横梁上有摩擦力传感器， 向载荷。在法兰上面安装的横梁上有摩擦力传感器，用来 测试轴承的摩擦力矩， 测试轴承的摩擦力矩，摩擦力矩信号可以准确可靠的被记 由于轴承是垂直于轴线安装， 录。由于轴承是垂直于轴线安装，所以测得的轴承摩擦力 矩值精度较高。 矩值精度较高。
PM695球轴承摩擦力矩测量仪工作原理 球轴承摩擦力矩测量仪
• 该试验机可对成对安装的角接触轴承分别进行内环驱动或 外环驱动的摩擦力矩测试。 外环驱动的摩擦力矩测试。被测试轴承垂直成对安装在驱 动主轴上，外圈或内圈与空气轴承转子相连， 动主轴上，外圈或内圈与空气轴承转子相连，当永磁直流 力矩测速电机组通过同步带带动轴承内圈或外圈低速旋转 时，由于摩擦力矩作用带动轴承外圈或内圈和空气轴承转 子旋转，应变传感器与空气轴承转子相连， 子旋转，应变传感器与空气轴承转子相连，利用应变式传 感器弹性体的变形产生的力矩与被测试轴承产生的摩擦力 矩平衡。由传感器将轴承的摩擦力矩转换为电信号， 矩平衡。由传感器将轴承的摩擦力矩转换为电信号，经过 放大滤波后进入计算机进行数据处理， 放大滤波后进入计算机进行数据处理，得到正反向六组测 量结果和两组力矩变化曲线，可随机显示、 量结果和两组力矩变化曲线，可随机显示、存档或打印输 出测量数据及图形
钢球与保持架之间的摩擦引起的摩擦力矩
• 根据能量守恒定律，单位时间内所有钢球与保持 架兜空所消耗的能量应等于单位时间轴承摩擦力 矩Mc所消耗的能量可得 单位时间内第J个钢 球滑动摩擦力和滚道 摩擦力所消耗的能量 分别为
保持架与引导当边摩擦一起的摩擦力矩
• 根据能量守恒定律，可得轴承因保持架引导挡边 摩擦引起的轴承摩擦力矩如下
PM9906摩擦力矩测量仪工作原理 摩擦力矩测量仪工作原理
• 被测轴承内圈固定在驱动主轴上，外圈由空气轴承支撑， 被测轴承内圈固定在驱动主轴上，外圈由空气轴承支撑， 在内圈上施加轴向载荷，机座上固定有力传感器。 在内圈上施加轴向载荷，机座上固定有力传感器。工作时 伺服电机驱动主轴带动轴承内圈旋转， 伺服电机驱动主轴带动轴承内圈旋转，由于轴承摩擦力的 存在，带动轴承外圈和空气轴承转子旋转， 存在，带动轴承外圈和空气轴承转子旋转，固定在机座上 力传感器对空气轴承转子施加平衡力阻止其旋转，进而阻 力传感器对空气轴承转子施加平衡力阻止其旋转， 止轴承外圈旋转， 止轴承外圈旋转，力传感器施加的平衡力与轴承的摩擦力 保持动态平衡， 保持动态平衡，所以其采集到的信号反映了被测试轴承动 态摩擦力的大小。 态摩擦力的大小。力传感器产生的电信号经放大滤波后输 入计算机，经过数据处理， 入计算机，经过数据处理，得到逆时针和顺时针两个方向 的轴承的摩擦力矩测量结果及两个方向的力矩变化曲线。 的轴承的摩擦力矩测量结果及两个方向的力矩变化曲线。
滚动轴承的摩擦力矩分析
目录
• • • • • 摩擦力矩概述 角接触球轴承的摩擦力矩分析 摩擦力矩测试仪的结构 结论 参考文献
摩擦力矩概述
• 摩擦力矩是滚动轴承的一项重要的使用性能。摩 擦力矩涉及到轴承运转过程中温度的上升，过分 的温度上升将使润滑剂劣化、磨损加剧，甚至导 致滚动表面烧伤，轴承损坏。摩擦力矩还关联着 精密机械仪表动作和信息传递的准确性。经验认 为，滚动摩擦低于滑动摩擦，滚动轴承的摩擦力 矩低于滑动轴承。但是，滚动轴承摩擦力矩的产 生是多种因素综合作川的结果。其中，有滚动摩 擦，也有滑动摩擦，有固体间的摩擦，也有润滑 剂的粘性阻力。
差动滑动引起的摩擦力矩
• 第J个钢球与滚道之间差动滑动所消耗能量为
根据能量守恒，因角接触球 轴承钢球差动滑动引起的角 接触球轴承摩擦力矩分量
自旋滑动引起的摩擦力矩
• 钢球相对滚道ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ法向自旋运动将产生自旋摩擦， 引起自旋力矩。某J钢球单位时间内相对内滚道自 旋摩擦消耗的能量为
根据能量守恒定律， 因角接触轴承钢球自 旋滑动引起的角接触 球轴承力矩分量为
角接触球轴承摩擦力矩的主要因素
• 根据角接触球轴承内部摩擦特点，引起角接触球 轴承摩擦力矩的主要因素有滚动材料的弹性滞后 、滚动体与滚道之间的润滑的粘性、滚动体与滚 道之间差动滑动、滚道体在滚道上的自旋滑动、 滚动体与保持架之间的摩擦和保持架与引导挡边 摩擦，这六个因素引起的摩擦力矩的总和即为角 接触球轴承摩擦力矩。
角接触球轴承摩擦力矩的影响因素
• 前面所述六个因素对角接触球轴承摩擦力矩的影 响有所不同。在轴承所受轴向力60N情况下得摩 擦力矩理论计算值
PM9906摩擦力矩测量仪 摩擦力矩测量仪
01.轴向加载机构 轴向加载机构 02.驱动主轴 驱动主轴 03.空气轴承 空气轴承 04.轴承更换套 轴承更换套 05.被测试轴承 被测试轴承 06.力传感器 力传感器 07.速度传感器 速度传感器 08.电机 电机
钢球与滚道之间的弹性滞后引起的摩擦 力矩
根据能量守恒，因弹性 滞后引起的角接触球轴 承摩擦力矩分量
流体动压引起的摩擦力矩
• 对于角接触球轴承，当钢球不发生陀螺旋转是， 某J钢球与滚道接触出的能量损耗可以由润滑油中 的内摩擦所耗的能量来确定
根据能量守恒，因润滑油油膜引 起的角接触球轴承摩擦力分量为
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PM695球轴承摩擦力矩测量仪结构示意图 球轴承摩擦力矩测量仪结构示意图
01.应变传感器 02.空 应变传感器 空 气轴承 03.空气轴承 空气轴承 转子 04.外更换件 05. 外更换件 被测试轴承 06.载荷 载荷 加载环 07.汽缸 08.被 汽缸 被 测试轴承 09.外更换 外更换 件 10.滚动轴承 11.同 滚动轴承 同 步带轮 12.支撑 13.内 支撑 内 更换件 14. 直流电机 组 15.驱动主轴 16.密 驱动主轴 密 珠轴承 17传动齿轮 传动齿轮
刚开始运转是随着轴承工 作温度的升高，润滑油粘 度下降，从而造成轴承摩 擦力矩逐渐减小；当轴承 温度升高到一定值后，轴 承摩擦力矩随着工作温度 的升高而迅速增速
轴承结构参数对摩擦力矩的影响
• 内沟曲率半径系数对轴承摩擦力矩的影响
当轴承外圈的转速较低时， 即轴承润滑处于干涸状态 时，这是小的内沟曲率半 径系数反而有利于钢球与 滚道间的油膜厚度增大， 从而使轴承的摩擦力矩降 低。
That’s all
谢谢！
总摩擦力矩
角接触球轴承总摩擦力矩为
计算结果与分析
• 轴承转速对轴承摩擦力矩的影响。角接触球轴承 转速与摩擦力矩的关系
轴承载荷对轴承摩擦力矩的影响
• 角接触球轴承轴向载荷对轴承摩擦力矩影响。轴 承摩擦力矩随着轴向力的增大而增大
轴承工作温度对摩擦力矩的影响
• 轴承工作温度与角接触球轴承摩擦力矩的关系如 图。