高速滚动轴承自由运动表面润滑脂的流动及对弹流润滑的影响研究

The performance and life of rolling element bearings depends on the lubricant film formed between roller-raceway contacts. The elastohydrodynamic lubrication(EHL) film of one roller-raceway contact，also influenced by other complicated factors, works as the inlet supply for the next roller-raceway EHL contact and usually causes starvation. This phenomenon typically occurs in high-speed rolling element bearings. Due to the appearance of starvation,grease is often not able to ensure a sufficient thick lubricant film in the roller-raceway contacts throughout the entire fatigue life of the bearings, and its service life is restricted by what is referred to as grease life. Hence, it is of major importance to be able to predict the grease life, i.e., to predict when the lubricant film formation capability has decreased below a certain critical value. However, because the thickness and shape of the oil layer formed on the track of roller-raceway contacts is usually unknown, it is still a great challenge to predict the oil film thickness in bearings. By this project, the team will carry out parallel theoretical and experimental researches to elucidate the flow mechanism of thin lubricant layer on the contact track by the effects of gravity,centrifugal forces,roller's spin, rheology,thermal rise and interfacial speed and temperature slips.The results will be helpful in designing more effective, more ecomonical and more enviroment-friendly rolling-element bearings.

滚动轴承的工作性能和寿命依赖于润滑脂在滚子滚道之间形成的可分隔接触表面的润滑膜。一个滚子与滚道间的弹流接触出口区油膜，在其他复杂因素影响下，作为下一个滚子与滚道的弹流接触的入口区油膜，常会造成乏油。此现象典型地出现在高速滚动轴承中。因乏油的发生，润滑脂通常不能确保在轴承的整个疲劳寿命期间建立起足够厚的润滑膜，导致轴承的服务寿命受制于润滑脂的寿命。因此，预测润滑脂的寿命即预测何时润滑油膜的形成能力在一极限值下降低是极为重要的。然而，由于滚子与内外圈滚道所形成的跑道上供给弹流润滑接触区入口的油层形状和厚度未知，对滚动轴承中油膜厚度的预测仍然是一项重要挑战。本研究将从理论和实验两个方面：研究重力、离心力、滚子的自旋、流变性、温升的影响以及接触界面的速度和温度滑移等因素对高速滚动轴承旋转自由表面润滑油层分布的作用以及对弹流润滑接触的影响，有助于更有效、更经济、更环保的轴承润滑设计。

滚动轴承是重大装备的基础零部件，对整个装备制造业关键技术的发展水平有重要影响。本项目目标是研究滚动轴承表面润滑介质在各种影响因素下的分布规律及实验测量技术。依托本项目，完成了如下工作。设计并搭建了光弹流试验台，其双轴运动控制系统可以满足各种复杂时变工况下的油膜测量的需要。基于润滑油膜双色光干涉强度调制（Dichromatic Interference Intensity Modulation，简称DIIM）测量技术，编写了离线膜厚处理软件DIIM 1.0。该软件可得到接触区内任一点膜厚，保证测量的纳米级精度。通过光干涉试验技术研究了脂润滑往复运动工况下润滑介质的分布规律。实验模拟真实供油工作条件下推力球轴承系统的润滑油膜实验测量。采用实验和数值分析手段研究纯滑动和反向滑动条件下，全膜及乏油条件对油膜表面凹陷的影响。采用数值分析方法研究冲击和振动过程中油膜厚度、压力和温升的演化。考虑了冲击间隙、油层厚度、润滑油黏度及椭圆比等因素的影响，并研究了表面波纹度在冲击载荷作用下的弹性变形。模拟了界面速度和温度滑移效应对油层分布的影响。模拟冲击载荷作用下偏心轮-挺杆副的微热薄膜润滑问题及平底凸轮-挺杆副的薄膜润滑接触问题。实验研究了冲击载荷作用下的钢材在海水接触工况及润滑油/脂接触工况下的表面损伤行为. .本项目已发表英文期刊论文12篇，其中SCI收录11篇；中文期刊论文18篇，其中EI收录论文2篇；授权发明专利2项，实用新型2项。参加国际会议8人次，国内会议36人次，项目组成员出国交流学习6人次。邀请国外专家访问我校2人次。硕士生获得全国青年摩擦学学术会议优秀论文奖4次，获得国际会议最佳论文奖1次。召开局部地区会议1次。