滚动轴承微动磨损的影响因素

太原科技大学

课程设计

滚动轴承微动磨损的影响因素

设计名称材料课程设计

姓名

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指导教师

评分等级

2017 年03 月16 日

滚动轴承微动磨损的影响因素

[摘要]摩擦力矩是滚动轴承质量性能的一项重要影响系数。它能够影响轴承的振动和噪声，而且影响轴承内的温度变化。轴承运转中温度上升过大会引起润滑油变质和轴承因过热而损坏。摩擦力矩同时还影响着主机的功耗，同时还关系着精密机械仪表动作和信息传递的准确性，例如陀螺仪轴承摩擦力矩的大小及其平稳性是影响惯性导航漂流率的一项重要因素。一些特殊用途的轴承对摩擦力矩的要求更高。迄今为止，关于滚动轴承摩擦力矩的研究已经取得了不错的进展，为轴承技术的发展提供了一定的指导和促进作用。

[关键词]滚动轴承摩擦力矩不确定性非线性特征

一、摩擦力矩

（一）摩擦力矩的介绍

滚动轴承摩擦力矩是指滚动摩擦、滑动摩擦和润滑剂摩擦的总和产生的阻滞轴承运转的阻力矩。

静态力矩（也称启动力矩）是指滚动轴承两套圈从静止状态到开始相对转动的瞬间所需克服的摩擦阻力矩。动态力矩是指轴承内外套圈相对转动时所需克服的摩擦阻力矩。在测量时一般把最大力矩、平均力矩和力矩差作为评定轴承动态摩擦性能参数。

本课题主要研究动态力矩，它测量的是滚动轴承在旋转过程中的摩擦力矩值，表现为一个时间数据序列。

轴承各组件之间相互接触和运动，故滚动轴承在旋转过程中存在着摩擦阻力。只要有摩擦就会损失能量，并且阻碍运动。滚动轴承的摩擦主要由滚动体与套圈滚道之间的滚动摩擦与滑动摩擦；保持架与滚动体和套圈引导面之间的滑动摩擦（无保持架时为滚动体之间的滑动摩擦）；滚子端面与套圈档边间的滑动摩擦；润滑剂的粘性阻力；密封装置的滑动摩擦等方面组成，其大小取决于轴承的类型、尺寸、负荷、转速、润滑、密封等多种因素。滚动轴承摩擦力矩的大小影响着功率消耗以及轴承的发热量，直接影响着轴承的温升失效，它是轴承优化设计中的一个重要的性能指标。[1]

（二）摩擦力矩影响因素分析

我们把影响滚动轴承摩擦力矩的因素分为两种，一种是外部因素，此因素主要是由轴承使用的工作状况和轴承测试的条件影响决定的。另一种是内部因素，主要包括设计参数、加工精度、质量参数等指标。总的说来，设计的参数指标决定轴承摩擦力矩大小和波动平均值，加工中的工艺精度等参数决定摩擦力矩的均匀性和波动大小。但是，两者之间并不是孤立存在的，而是相互作用，相互制约，相互影响。 1．影响滚动轴承摩擦力矩的外部因素

(1)轴承的载荷，摩擦力矩随着轴承轴向载荷的增大而增加；

(2)空气阻力；

(3)滚动轴承的旋转速度等。

2．影响滚动轴承摩擦力矩的内部因素

(1)滚动中的弹性滞后引起的纯滚动摩擦以及滚动体－滚道接触的滑动、保持架与滚动体之间的滑动、滚子端面与内圈或外圈挡边间的滑动和保持架与套圈之间的滑动；

(2)轴承制造所产生的宏观偏差；

(3)轴承的内部游隙，一般情况下，轴承的摩擦力矩值随着游隙的增大而有所降低；

(4)轴承在使用过程中的变形；

(5)轴承接触表面改性及形貌；

(6)套圈与滚动体的圆度和波纹度；

(7)轴承的污染与其长时间应用产生的表面缺陷等；

(8)轴承的润滑情况及润滑剂的选择。

二、滚动轴承摩擦力矩国内外研究现状

摩擦力矩是滚动轴承质量性能的一项重要影响系数。它能够影响轴承的振动和噪声，而且影响轴承内的温度变化。轴承运转中温度上升过大会引起润滑油变质和轴承因过热而损坏。摩擦力矩同时还影响着主机的功耗，同时还关系着精密机械仪表动作和信息传递的准确性，例如陀螺仪轴承摩擦力矩的大小及其平稳性是影响惯性导航漂流率的一项重要因素[6]。一些特殊用途的轴承对摩擦力矩的要求更高。迄今为止，关于滚动轴承摩擦力矩的研究已经取得了不错的进展，为轴承技术的发展提供了一定的指导和促进作用，下面就理论和试验研究作一下介绍。

(一) 摩擦力矩计算公式研究

在摩擦力矩的理论计算方面，计算公式主要有Palmgren 法、角田和雄法等。其中，Pallmgren 法应用比较广泛。上世纪五十年代，Palmgren 用试验方法推导出摩擦力矩的计算公式。而且用经验公式推导出中等速度和小载荷下工作的轴承的摩擦力矩和不同密度的润滑油的粘性摩擦力。近几年，SKF 最新推出了一种轴承总摩擦力矩的计算模型，该模型对于低速和重载下的轴承摩擦力矩计算更为准确。Kitahara Tokio 等对仪表精密滚动轴承摩擦力矩进行试验，在此基础上推导出在径向轴向两者共同影响下的角接触球轴承摩擦力矩的计算公式。Genttle C R等对滚动轴承中的保持架和引导面之间以及与兜孔之间的摩擦力进行了研究，并建立了数学模型。Yokooyama Kazuhiero 等分析了轴承运转速度、预载荷、润滑油填充量等

因素对角接触球轴承摩擦力矩的影响，得出角接触球轴承的理论计算公式。但是推出的计算公式都是在一些假设情况下得出的，例如理想化的加工质量和工艺参数等。从中可以看出，滚动轴承摩擦力矩是繁琐复杂的，是不容易精确计算的，这充分说明了试验研究摩擦力矩的合理性，体现了课题研究的重要意义。

(二) 摩擦力矩影响因素研究

Townsendd D P 等研究了滚动轴承在几种润滑状态下的摩擦力矩，从理论上研究了轴承润滑状态对摩擦力矩的影响。Tordd M J 等研究了角接触球轴承曲率半径系数和摩擦力矩之间的关系，并建立了相应的计算公式。Gupta P K 对滚动轴承摩擦力矩和保持架在运动中的关系进行了深入的研究，结果表明：随着球与保持架、滚道之间摩擦力矩的增大，在运转中保持架质心的轨迹由圆形向多边形甚至其它一些不稳定的形状变化，这样就导致保持架因形状改变而失效。Rordionov EM 就滚动轴承的加工误差对其摩擦力矩的影响因素进行分析研究，得出：摩擦力矩会因滚动体表面的形状误差而引起波动。

三、微动磨损的影响因素

（一）摆动角度与负荷

由于内圈的损伤较外圈的损伤要激烈, 以下主要以内圈损伤对滚动轴承微动磨损的各因素进行讨论。图1表示了在不同的负荷和轴的不同摆动角度下对内圈损伤增加率的影响。由图可见, 摆动角度对微动磨损有很大的影响, 摆角较小时( 1°以下) , 损伤增加率限于30- 60%,摆角较大时, 损伤率激增, 在大负荷下尤为显著。

另外, 损伤增加率也随负荷的增加而增加, 但在小摆角场合, 负荷的影响较小。如果摆角不变, 负荷增加时, 损伤增加率有趋于饱和的倾向。