CN109488694A - 一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法 - Google Patents

Abstract

一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法，先分析给定工况下滚道表面流场势场分布，确定最优流动路径；再根据分析出的最优路径，选定能够引导润滑介质按最优路径流动的最优织构类型，织构类型包括孔状织构和直线形织构；所述孔状织构包括三角形重复织构、四边形重复织构、五边形重复织构、圆形重复织构；最后根据选定的最优织构类型及分布将滚道表面非接触区部分进行处理，本发明通过在滚道表面添加织构的方式改善润滑，具有有效引导润滑介质在滚珠滚道接触区的积聚与形成油膜，对滚动轴承寿命，强度影响小的优点，是一种全新的滚动轴承润滑方式。

Description

一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法

技术领域

本发明涉及滚动轴承润滑技术领域，具体涉及一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法。

背景技术

良好的润滑状态是保证滚动轴承高速持久运行的关键因素之一。在目前工业应用中，当DN值超过2.00×10⁶时，滚动轴承大多采用油气润滑方式。传统的油气润滑技术主要采用侧向喷入式供油，通过高压高速油气喷射实现轴承腔体内润滑与散热的目的。研究表明，随着轴承转速的不断提升(例如高速轴承的DN值下限从100万提升至250万，mm·rpm)，受滚珠高速公转、自旋、陀螺运动耦合影响，轴承腔内滚珠公转前方将会形成高压气帘，导致侧向喷射过程中轴承腔体内油气流动阻力急剧增大，接触区入口供油补充困难，摩擦与生热加剧，成为制约滚动轴承高速性能的瓶颈。因此，很有必要提出一种突破高压气帘限制，提升超高速轴承润滑效率的润滑方法。

目前工业上多数通过内外圈打孔的方式改善高速下轴承的润滑效果，但这种方式存在影响轴承刚度、轴承寿命及接触应力等问题，并且不能从根本上改变高压气帘存在的现象。表面织构具有优异的降低摩擦减少磨损和提高表面性能等特性，是改变表面接触状态及润滑状态的有效手段。因此很有必要研究一种通过添加合理织构，改变轴承腔内势场分布，引导润滑介质流入接触区，改善高速下滚动轴承润滑效果的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法，在轴承滚道表面添加织构辅助润滑，以解决目前高速工况下滚动轴承传统润滑方式效率低下的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法，包括以下步骤：

(1)分析给定工况下滚道表面流场势场分布，确定最优流动路径；

(2)根据分析出的最优路径，选定能够引导润滑介质按最优路径流动的最优织构类型，织构类型包括孔状织构和直线形织构；所述孔状织构包括三角形重复织构、四边形重复织构、五边形重复织构、圆形重复织构；

(3)根据选定的最优织构类型及分布将滚道表面非接触区部分进行处理，形成织构化表面辅助润滑；所述非接触区指高速运动时内滚道与滚珠的接触部分附近的非接触部分。

所述的步骤(1)具体为：

结合多场协同理论与仿真软件分析不同工况下高速轴承腔体内流动-散热最优路径，场协同理论速度场控制方程如下：

式中μ为粘性系数，u，v，w为x，y，z三个方向的速度分量；p为任一标量场；const为与流体机械能损失多少有关的常数；T为流体温度；A为逆温度场，是泛函中引入的与流体温度有关的数学量，通过以下公式确定：

式中λ为导热系数，c_p为比热容，U为速度。同时对流换热中，还需满足以下基本方程：

质量守恒方程：

能量守恒方程：

上述四组方程组成一个封闭的方程组，结合给定的边界条件如温度，压力即可求解最优速度场，寻找到势能耗散最小的流动路径，利用场协同理论，分析流场势场，寻找滚动轴承表面润滑介质最优流动路径，为步骤(2)提供依据。

步骤(2)中所述织构类型包括孔状织构和直线形织构；所述孔状织构包括三角形重复织构、四边形重复织构、五边形重复织构。所述三角形重复织构、四边形重复织构、五边形重复织构、圆形重复织构的具体形貌几何参数为：直径∈[100,1000]μm，深度∈[100,1000]μm；所述直线形织构的具体形貌几何参数为：宽度∈[100,1000]μm，深度∈[100,1000]μm。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种在滚动轴承滚道表面添加织构辅助的新型润滑方式，该方法能引导润滑介质向接触区流动，使接触区润滑介质的补充受到更小的制约，在不影响轴承的寿命强度的前提下改善滚动轴承润滑效果，保证轴承高速下良好运行。

附图说明

图1是本发明提供的新型润滑方式的流程示意图。

图2是织构辅助引导流动示意图。

图3是仿真模拟不同转速下有织构与无织构表面接触区平均油相质量流量对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的说明。

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行进一步描述：

如图1所示，本发明提供的一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法，包括以下步骤：

(1)分析给定工况下滚道表面流场势场分布，确定最优流动路径：结合多场协同理论分析不同工况下高速轴承腔体内流动-散热最优路径。场协同理论将内部势场与流动阻力综合考虑。提出一组新的控制方程，满足协同方程的流场在确定的流动阻力下可以达到耗散最小的目标，根据此原理，分析流场势场，寻找最优路径。场协同理论速度场控制方程如下：

式中μ为粘性系数，u，v，w为x，y，z三个方向的速度分量，p为任一标量场。Const为与流体机械能损失多少有关的常数，T为流体温度；A为逆温度场，是泛函中引入的与流体温度有关的数学量，通过以下公式确定：

式中λ为导热系数，c_p为比热容，U为速度。同时对流换热中，还需满足以下基本方程：

质量守恒方程：

能量守恒方程：

上述四组方程组成一个封闭的方程组，场协同理论核心思想在于通过给定的边界条件如温度，压力等与上述控制方程结合，寻找势能耗散最小的流动路径。通过已知的边界条件，利用场协同理论的控制方程，可以计算得到最优的速度矢量参数，分析流场势场，寻找到滚动轴承表面润滑介质最佳流动路径。

(2)根据分析出的最优路径，选定能够引导润滑介质按最优路径流动的最优织构类型：表面织构具有优异的降低摩擦减少磨损和提高表面性能等特性，是改变表面接触状态及润滑状态的有效手段，不同类型与分布的织构对流场势场的改变效果不同，根据分析得到的最优路径参数，选择相应类型及分布的织构，可以达到对滚道轴承润滑引导效果最佳的目的。织构类型选择范围包括孔状织构，直线形织构，所述孔状织构包括三角形重复织构、四边形重复织构、五边形重复织构。所述三角形重复织构、四边形重复织构、五边形重复织构、圆形重复织构的具体形貌几何参数为：直径∈[100,1000]μm，深度∈[100,1000]μm。所述直线形织构的具体形貌几何参数为：宽度∈[100,1000]μm，深度∈[100,1000]μm。

(3)根据选定的最优织构类型及分布将滚道表面非接触区部分进行处理，形成织构化表面辅助润滑：如图2所示，形成织构的位置在滚道非接触区侧向喷油方向，根据选定的最优织构类型及分布将滚道表面非接触区部分进行处理，形成织构化表面辅助润滑，织构密度根据分析结果选定。滚动轴承工作时，由于非接触区的织构作用，润滑介质流动路径向最优路径改变，达到规避气帘，改善润滑的效果。如图3所示，仿真结果中在其他参数相同的情况下，滚道表面添加合适织构辅助后，进入接触区的平均油相质量流量增多，润滑效果更好。

该方法用于解决目前滚动轴承侧向喷油在高速下会产生气帘阻碍润滑油流入接触区而影响润滑效果的问题，本发明通过在滚动轴承内滚道表面与滚珠非接触部分添加织构辅助以改变表面流场与热场间的温差梯度、压差势场等势差与内能来驱动润滑介质，从而达到改善滚动轴承润滑效果的目的。相对于现有润滑技术，本发明通过在滚道表面添加织构的方式改善润滑，具有有效引导润滑介质在滚珠滚道接触区的积聚与形成油膜，对滚动轴承寿命，强度影响小的优点，是一种全新的滚动轴承润滑方式。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分析给定工况下滚道表面流场势场分布，确定最优流动路径；

(2)根据分析出的最优路径，选定能够引导润滑介质按最优路径流动的最优织构类型，织构类型包括孔状织构和直线形织构；所述孔状织构包括三角形重复织构、四边形重复织构、五边形重复织构、圆形重复织构；

(3)根据选定的最优织构类型及分布将滚道表面非接触区部分进行处理，形成织构化表面辅助润滑；所述非接触区指高速运动时内滚道与滚珠的接触部分附近的非接触部分。

2.根据权利要求1所述的一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体为：

结合多场协同理论与仿真软件分析不同工况下高速轴承腔体内流动-散热最优路径，场协同理论速度场控制方程如下：

式中μ为粘性系数，u，v，w为x，y，z三个方向的速度分量；p为任一标量场；const为与流体机械能损失多少有关的常数；T为流体温度；A为逆温度场，是泛函中引入的与流体温度有关的数学量，通过以下公式确定：

式中λ为导热系数，c_p为比热容，U为速度。同时对流换热中，还需满足以下基本方程：

质量守恒方程：

能量守恒方程：

上述四组方程组成一个封闭的方程组，结合给定的边界条件如温度，压力即可求解最优速度场，寻找到势能耗散最小的流动路径，利用场协同理论，分析流场势场，寻找滚动轴承表面润滑介质最优流动路径，为步骤(2)提供依据。

3.根据权利要求1所述的一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法，其特征在于，所述三角形重复织构、四边形重复织构、五边形重复织构、圆形重复织构的具体形貌几何参数为：直径∈[100,1000]μm，深度∈[100,1000]μm。

4.根据权利要求1所述的一种表面织构辅助的滚动轴承的润滑方法，其特征在于，所述直线形织构的具体形貌几何参数为：宽度∈[100,1000]μm，深度∈[100,1000]μm。