滚动轴承减摩设计--杨晓蔚

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1、1滚动轴承的减摩设计杨晓蔚手机：13703492489邮箱：洛 阳 轴 承 研 究 所 有 限 公 司2前 言o 问题的提出 高速轴承、汽车轴承以及电机等其他低摩擦力矩轴承应用越来越突出； 通常做法：降低表面粗糙度、提高轴承精度、加大轴承游隙；很少进行减摩设计，没有理念、没有概念。o 轴承设计理念与技术整整落后了1代，水平差了1.5代。（类比设计1.0，优化设计2.0，减摩设计3.0）o 摩擦学是一门科学和技术，必须从摩擦的科学原理、机理出发，充分掌握和运用减摩技术进行轴承设计。3o 轴承减摩设计路径减小本身摩擦采用适当润滑前 言减小轴承本身摩擦是核心，必须了解摩擦学原理与机理！41.摩擦原理

2、与机理o 摩擦的定义 两个物体表面在外力作用下相互接触并作相对运动或有运动趋势时，在接触面之间产生的切向运动阻力。51.摩擦原理与机理o 摩擦分类 （1）按摩擦副运动状态可分为按摩擦副运动状态可分为 静摩擦：两物体表面产生接触，有相对运动趋势但尚未产生相对运动时的摩擦。 动摩擦：两相对运动表面之间的摩擦。 （2）按相对运动的位移特征可分为按相对运动的位移特征可分为 滑动摩擦：两接触物体接触点具有不同速度和(或)方向时的摩擦。 滚动摩擦：两接触物体接触点的速度大小和方向相同时的摩擦。 自旋摩擦：两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转时的摩擦。 61.摩擦原理与机理o 摩擦分类 （3）按表面润滑

3、状态可分为按表面润滑状态可分为 干摩擦：两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。 边界摩擦：边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。 流体摩擦：以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流体的粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。 混合摩擦：半干摩擦和半流体摩擦的统称。71.摩擦原理与机理o 滚动轴承是由滑动轴承演变而来的 o 滑动摩擦复习 机械互锁（啮合）理论 分子吸引（引力）理论 机械分子理论 粘着理论 （犁沟效应） 8 通过实验研究指出： 一切物体刚要开始运动时，便产生摩擦阻力； 光滑表面间的摩擦力大小约为其重量的1/4； 摩擦力与法向力成正比。o 达 芬奇1509年第一个系统地研究了滑动摩擦学1.摩擦原理与机

4、理9 （1）摩擦力方向与接触表面相对运动速度方向相反，大小与法向载 荷成正比，即 F= f W 。 （2）摩擦系数与表面名义接触面积无关。 （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。 （4）摩擦系数的大小取决于材料性质，与滑动速度和载荷大小无关。o 古典摩擦学定律 (阿蒙顿-库仑定律，1785年):上述经典摩擦定律并非基本的物理定律，只是从实验结果中总结得出的规律，尽管已有很多实验结果显示其并不完全正确。但是至今还没有发现或总结出更好的摩擦定律，因此在工程实际问题中依然被近似地应用。1.摩擦学原理与机理10 古典摩擦定律长期作为工程应用的指导法则使用。但根据近代的研究，发现多数内容不完全正确，必须进行修

5、正：（1）摩擦力与名义接触面积无关，与真实接触面积有关。当两者接近时，即法向压力很高时，摩擦力与法向压力成非线性关系，摩擦力增加很快。（2）有一定屈服极限的材料（如金属），其摩擦力才与名义接触面积无关，粘弹性材料的摩擦力与接触面积有关。 （3）粘弹性材料的静摩擦系数不大于动摩擦系数。 （4）精确测量表明，摩擦力与滑动速度有关。一般，速度对金属的摩擦力的影响不像对粘弹性显著的弹性体的摩擦力那样明显。一般认为，f=F/Wk， k=2/31。o 修正摩擦定律1.摩擦学原理与机理111.摩擦学原理与机理o 塑性公式 式中 塑性指数(无量纲)； E 综合弹性模量(Ncm2)； H 材料布氏硬度(Ncm2

6、)； Rs 微凸体高度均方根值(m)； R 微凸体曲率半径(m)。 12bsf软表面膜的剪切强度极限硬基体材料受压屈服极限1.摩擦学原理与机理o 修正粘着理论 具有软材料表面膜的摩擦副滑动时，粘着结点的剪切发生在膜内，其剪切强度较低。又由于表面膜很薄，实际接触面积由硬基体材料的抗压屈服极限来决定，实际接触面积又不大，所以薄而软的表面膜可以降低摩擦系数。 在工程应用中，13两接触物体接触点的速度大小和方向均相同时的摩擦。2.滚动摩擦机理o 滚动摩擦定义 一个物体（滚动体）在另一个物体的表面（可以是平面或曲面）上滚动时遇到的阻力。点接触或线接触的两物体在接触处的速度大小和方向均相同（纯滚动）时的阻

7、力。在力矩作用下沿接触表面滚动时摩擦。142.滚动摩擦机理各种滚动运动都可以视为以下三种基本滚动形式的组合： （1 1）自由滚动）自由滚动 无切向摩擦力和不发生切向滑动的滚动称为自由滚动或纯滚动，这是最简单的滚动形式。 （2 2）具有牵引力的滚动）具有牵引力的滚动 在接触区内同时受到法向载荷和切向牵引力的作用，例如摩擦轮、铁路车辆的牵引车轮等。 （3 3）伴随滑动的滚动）伴随滑动的滚动 当两个滚动体的几何形状造成接触面上的切向速度不相等时，滚动中必将伴随滑动，例如深沟球球轴承中球与沟道之间的滚动。o 滚动运动形式 152.滚动摩擦机理o 滚动摩擦机理 滚动摩擦机理与滑动摩擦有显著不同。 除非接

8、触面存在很大的滑动，滚动摩擦通常不存在犁沟效应，粘着结点的剪切阻力也不是滚动摩擦的主要原因。硬质材料滚动时的阻力很小，滚动摩擦系数比滑动摩擦系数低2个数量级以上。162.滚动摩擦机理滚动摩擦机理可概括为以下4种： （1 1）微观滑移）微观滑移 （2 2）弹性滞后）弹性滞后 （3 3）塑性变形）塑性变形 （4 4）粘附效应）粘附效应o 滚动摩擦机理 滚动摩擦是由上述多种机理组合叠加的复杂过程。 接触应力不大时主要以弹性滞后为主，应力较大时主要以塑性变形为主。17（1 1）微观滑移）微观滑移 当两个弹性模量不同的物体接触而发生滚动时，由于接触表面产生不相等的切向位移，会有微观滑移出现。用以传递机械

9、能的滚动接触表面有切向牵引力作用，也将产生较大的微观滑移。由于几何形状使得接触面上两表面各点的切向速度不同时，将导致更大的微观滑移。 微观滑移所产生的摩擦阻力占滚动摩擦的较大部分，其机理与滑动摩擦相同。 微观滑移是滚动过程中普遍存在的现象。 2.滚动摩擦机理o 滚动摩擦机理 18（2 2）塑性变形）塑性变形 在滚动过程中，当表面接触应力达到一定值时，首先在距表面一定深度处产生塑性变形，随着载荷增加塑性变形区域扩大。塑性变形消耗的能量表现为滚动摩擦阻力，可以根据弹塑性力学计算。 如：球体沿平面自由滚动时，由于球体运动前方的材料塑性变形所产生的滚动摩擦阻力F可表达为 式中，W为法向载荷；R为球体半