微型轴承摩擦力矩的测试研究

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1、上海交通大学硕士学位论文第一章绪论考虑径向负荷作用下向心球轴承中钢球与内圈滚道接触面的差动滑动，如图1-1所示。内圈滚道表面线速度与到轴承轴线的距离成正比，其圆周线速度沿轴向分布如v所示。钢球表面的线速度与到球自转轴线的距离成正比，如vb所示。可以i看出，只能在两点发生纯滚动。在接触面的中间部分和两侧产生方向相反的滑动，称为差动滑动。若假定接触面上任一单元面积的切向力与接触压力成比例，可以推导出钢球沿轴承滚道滚动时因差动滑动所引起的摩擦力矩。试验指出，如果球与滚道曲率半径相差小于20%，则差动滑动所引起的摩擦比弹性滞后大。vvbvix图1-1滑动摩擦Fig.1

2、-1SlidingFriction三．自旋滑动所引起的摩擦球轴承的钢球沿套圈滚道可能产生绕接触面法线的旋转运动。由此引起的滑动，称为自旋滑动，自旋滑动所引起的摩擦力矩与接触负荷的4/3次幂成正比。自旋滑动也可以发生在推力短圆柱滚子轴承或推力滚针轴承中。若两套圈反向旋转，滚子将沿接触面法线方向旋转，即产生自旋滑动。四．滑动接触部位的摩擦滚动轴承中有许多滑动接触部位，例如滚动体与保持架兜孔间的滑动，保持架与套圈引导表面间的滑动以及滚子断面与套圈挡边之间的滑动等。滚动体与保持架兜孔间的相互作用力难以计算，其间的滑动摩擦尚无较完整的分析方法。第2页上海交通大学硕士学位

3、论文第一章绪论保持架与套圈引导表面间附有润滑剂，其间的滑动摩擦可按短滑动轴承的流体动力润滑理论计算。若保持架动平衡状态好，运转时偏心不大，则可按同心圆筒间充以粘性流体的彼德罗夫公式计算摩擦力矩。端子端面与套圈挡边之间的滑动摩擦是不可忽略的一项因素，尤其对于圆锥滚子轴承，更是如此。五．润滑剂的粘性摩擦润滑剂和润滑方式对轴承摩擦力矩有重要影响。由于润滑剂的作用，滚动体与套圈滚道间有可能形成弹性流体动力润滑膜，各个滑动接触部位的摩擦系数有所改变。轴承运转时，滚动体通过充满油气混合物的空间，受到绕流阻力，称为搅动阻力。在使用润滑脂的轴承中，脂的摩擦阻力和搅动阻力将占主

4、要比例。在润滑脂的密封轴承中，各种因素在轴承摩擦力矩构成中所占的比例大致如表1-1所示。脂润滑轴承的摩擦力矩与润滑脂的种类及注入量有关，润滑脂注入量过多将显著增加轴承的摩擦力矩，一般推荐注入润滑脂的体积占轴承内部自由空间的1/3左右。表1-1摩擦力矩的构成因素项目百分比%轴承内的滚动和滑动摩擦20~30润滑脂的搅动阻力50~60密封圈的摩擦30~10对滚动轴承摩擦力矩产生机理的研究，有助于分析轴承的摩擦特性，从结构设计、制造工艺和润滑方法等方面提出改进措施。但是，还难以从这些研究结果中推断和预测轴承在给定工作条件下的摩擦力矩值。在选用轴承时，可以用下节所述的经

5、验公式进行近似计算。1.2.2滚动轴承摩擦力矩的计算一．近似计算考虑到轴承类型、结构、尺寸和工作条件，可以按下式近似计算轴承的摩擦力矩：1M=µdF2(1-1)第3页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论式中：µ——轴承的摩擦系数，可由表1-2选取；d——轴承内径；F——轴承所受负荷，对于向心轴承是指径向负荷，对于推力轴承是指轴向负荷。表1-2所示摩擦系数值有一定的变动范围。当FC≤0.05时，摩擦系数取偏大的值；当FC≥0.1时，摩擦系数可取偏小的数值(其中C为额定动负荷)。由表1-2可以看出，在要求低摩擦力矩的场合，宜选用单列向心球轴承，双列向心球面轴承和单列

6、向心短圆柱滚子轴承。轴承启动时，摩擦力矩可能高于按式(1-1)所计算的值。表1-2滚动轴承的摩擦系数轴承类型µ单列向心球轴承 双列向心球面轴承 单列向心短圆柱滚子轴承 双列向心球面滚子轴承 滚针轴承0.15~0.00220.0010~0.00180.0011~0.00220.0018~0.00250.0025~0.0040单列向心推力球轴承 单列圆锥滚子轴承 单向推力球轴承0.18~0.00250.0018~0.00280.0013~0.0020单向推力球面滚子轴承0.18~0.0030二．较准确的计算帕姆格林基于轴承摩擦力矩的测量结果，提出下列较准确的计算公

7、式，轴承的总摩擦力矩由两项组成，即M=M0+M(1-2)1式中：M——与轴承类型、转速和润滑油性质有关的力矩，单位为N·mm；0M——与轴承所受负荷有关的摩擦力矩，单位为N·mm。1第4页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论1.M0的计算M反映了润滑剂的流体动力损耗，可按下式计算，在vn≥2000时0M0=107f(vn)23D3(1-3)−0m在vn<2000时M016010−fD=×730m式中：D——轴承平均直径，mm；mf——与轴承类型和润滑方式有关的系数，可从表1-3中选取；0v——在工作温度下润滑剂的运动粘度，mm2s；n——轴承转速，rmin。表1

8、-3系数f0的数值轴承类型油雾润滑油浴