導(dǎo)讀：變速箱內(nèi)部的齒輪磨粒等硬質(zhì)異物懸浮在潤(rùn)滑油中，影響軸承的使用壽命。采用接觸式密封會(huì)增加軸承轉(zhuǎn)矩，采用特殊軸承材料進(jìn)行特殊熱處理（開(kāi)式軸承）提高耐異物性會(huì)增加成本。因此，使用摩擦學(xué)技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化密封接觸壓力、表面粗糙度、橡膠硬度，關(guān)注提高楔形油膜效應(yīng)的密封形狀，設(shè)計(jì)了超低摩擦密封球軸承。

常規(guī)密封唇接觸的摩擦通常保持在邊界/部分薄膜潤(rùn)滑中，新開(kāi)發(fā)軸承的密封唇接觸部分的摩擦在Stribeck曲線的流體動(dòng)力潤(rùn)滑范圍內(nèi)（圖1）。

圖1 Stribeck曲線

1　設(shè)計(jì)方法

新開(kāi)發(fā)軸承的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要是密封圈的改進(jìn)。

圖2 新開(kāi)發(fā)軸承的橫截面

通過(guò)在密封唇的滑動(dòng)表面上均勻布置多個(gè)圓弧形微小凸起（圖3），在像變速箱類的油潤(rùn)滑環(huán)境下出現(xiàn)楔形油膜效應(yīng)（圖4），使旋轉(zhuǎn)期間的摩擦因數(shù)在流體動(dòng)力潤(rùn)滑范圍內(nèi)。關(guān)于微小凸起的形狀設(shè)定，采用計(jì)入橡膠彈性的流體潤(rùn)滑分析（軟EHL分析）得出的Z佳形狀（圖5），實(shí)現(xiàn)了低轉(zhuǎn)矩和長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圓弧形微小凸起

圖3 新開(kāi)發(fā)的密封結(jié)構(gòu)

圖4 楔形油膜效應(yīng)

圖5 微小凸起的設(shè)定

2　驗(yàn)證

在轉(zhuǎn)速為1500 r/min，使用潤(rùn)滑油為CVTF，軸承溫度為-40～120℃下，對(duì)新開(kāi)發(fā)軸承進(jìn)行有限元分析（圖6）。通過(guò)該分析得到的Z小膜厚如圖7所示，溫度范圍內(nèi)的Z小膜厚位于Stribeck曲線（圖1）的流體動(dòng)力潤(rùn)滑范圍內(nèi)。

圖6 油膜壓力分布計(jì)算結(jié)果

圖7  膜厚與溫度的關(guān)系

3　試驗(yàn)及效果

通過(guò)轉(zhuǎn)矩與軸承溫度、過(guò)盈量、轉(zhuǎn)速等的分析，以及壽命和耐久性試驗(yàn)，得出新開(kāi)發(fā)軸承的特點(diǎn)：

1）與接觸式密封軸承相比，轉(zhuǎn)矩減小80%；

2）與開(kāi)式軸承相比，壽命提高5倍以上；

3）密封圓周速度達(dá)到50m/s，甚至更高；

4）有效防止了有害異物的侵入。

作者：Katsuaki SASAKI等

來(lái)源：《NTN TECHNICAL REVIEW》