雷春丽1,2，李復宏1,2，杨晓燕1,2
                           (1.兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，甘肃 兰州〓730050）
                                  （2.兰州理工大学机电工程学院，甘肃 兰州〓730050)
摘要：针对滚动轴承表面为粗糙平面且影响轴承油膜刚度的问题，基于弹流润滑理论，引入表征粗糙表面形貌特性的表面粗糙度理论，建立了滚动轴承粗糙表面弹流润滑油膜刚度模型，并进行数值模拟，分析了滚动轴承的表面粗糙形貌对油膜刚度的影响，得到其变化规律。结果表明：随着粗糙度的幅值、波长的改变，油膜膜厚变化不大，但是压力变化十分明显；油膜刚度随粗糙度幅值和波长的变化呈非线性变化，油膜刚度的最大值出现在接触区中心附近，随着粗糙度幅值的增大主峰与第二峰逐渐融合；油膜刚度的变化频率和变化幅度随波长的增大而减小。
关键词：滚动轴承；油膜刚度；表面粗糙度；弹流润滑 
中图分类号：TH133.3〓文献标识码：A〓文章编号：2095-509X(2018)05-0106-06

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滚   动轴承广泛应用于旋转机械中，轴承的刚度对旋转机械的加工精度和动态性能有很大的影响。对滚动轴承刚度的分析计算是对其支承的转子系统振动性能进行分析的基础。 轴承的刚度由滚动体与套圈滚道之间的接触刚度和润滑油油膜刚度共同组成。目前主要基于Hertz刚度理论及其修正理论对接触刚度进行研究。近年来，一些研究人员在油膜刚度分析计算方面做了很多工作。吴昊等对圆柱滚子轴承受力和弹性变形进行分析，在此基础上，引入弹性流体理论计算了轴承的径向刚度。杨静等通过实验建立基于超声波的油膜刚度测试模型，揭示了油膜刚度与载荷的关系，并得出其对轴承刚度的影响规律。唐云冰根据最小油膜厚度与接触载荷间的关系计算了轴承的油膜刚度。QIN等在油膜厚度和弹性变形数值分析的基础上，研究了弹性流体动力学线接触的油膜刚度、接触体和合成刚度随不同的曲率半径、载荷和卷吸速度的变化规律。
实际上任何加工零件的表面都是粗糙表面，而粗糙表面对油膜厚度的形成有一定的影响。葛世荣等对粗糙表面的分形〖HJ*4/9〗特征进行了分析，并提出了粗糙表面的特征粗糙度概念。RAPETTO等采用神经网络方法研究了表面粗糙度对实际〖HJ*5/9〗接触面摩擦特性的影响。汪久根等［11］利用FokkerPlanck方程分析了表面粗糙度对滚动轴承振动的影响。张文明等研究了径向轴承中气体薄膜在滑移效应和粗糙度耦合作用下的压强分布、承载能力等轴承特性，结果表明，由于表面粗糙度的影响，气体轴承压力分布、承载能力具有非线性特性，波动较明显。冯燕等建立了粗糙表面热弹塑性接触法向刚度模型，分析了典型参数对结合部热弹塑性接触法向刚度的影响规律。弹流润滑的油膜厚度一般为0.10～1.00μm，而轴承滚动体与套圈接触表面经过光整加工后的粗糙度值一般在0.10μm左右，因此表面粗糙形貌不仅对弹流润滑有较大的影响，而且对油膜刚度也有较大的影响。此外，油膜刚度的非线性变化会引起轴承-转子系统的低频振动，因此表面粗糙形貌对轴承-转子系统的振动也有显著的影响。显然，在考虑轴承刚度问题时需要考虑油膜刚度，而上述研究分析很少涉及表面粗糙形貌对油膜刚度的影响。本文以弹流润滑理论和表面粗糙度理论为基础，在考虑轴承表面粗糙形貌的基础上，建立弹流润滑油膜刚度计算模型，研究表面粗糙形貌对滚动轴承油膜刚度的影响关系和规律。

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基金项目：国家自然科学基金资助项目（51465035）
作者简介：雷春丽（1977—），女，陕西渭南人，兰州理工大学副教授，博士,主要研究方向为精密加工与测试技术。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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