工程中有很多轴承受到径向载荷作用。图1给出了皮带传动中支撑带轮的滚动轴承的受力示意图。对于普通的家用轿车而言,发动机前端附件皮带传动系统中动态张力可在0~2 kN甚至更大范围内变化。轴承的摩擦力矩直接影响轴承的性能与能耗。准确获取并表达滚动轴承的摩擦力矩对于实现机械系统的节能环保具有重要的意义。
图1Figure OptionViewDownloadNew WindowDownload As Powerpoint Slide 图1 轴承受力示意图考察专利文献可知,已有设备或方法大部分只能用于测定空载或仅受轴向载荷的滚动轴承的摩擦力矩,少数方法可以承受20 N以下较小的径向载荷[1,2,3,4,5,6]。需要指出的是,以往专利对于轴承摩擦力矩测试条件不作细分。然而,轴向受载和径向受载轴承在摩擦力矩的测试方法和测试难度上显然是不同的。
近年来,随着研究手段的进步,人们从不同角度对轴承摩擦力矩进行了细分研究。柳剑等研制出了圆锥滚子轴承摩擦力矩测量仪,可对被测轴承施加轴向载荷[7]。邓四二等针对低摩擦力矩的角接触球轴承,分析了轴承零件工作表面的波纹度对轴承摩擦力矩波动性的影响[8]。刘静测量了风电变桨轴承的摩擦力矩,测量中对轴承施加了800 kN的轴向力[9]。高磊磊等用乏信息数学模型评价轴承振动的统计特征[10]。魏力等研制出了配对轴承摩擦力矩测量仪,可测量强振动、冲击下的低速运行轴承,测量仪可施加轴向和径向载荷[11]。陆静等推导了4点接触球转盘轴承的摩擦力矩计算公式,并分析了初始接触角、钢球直径、游隙等对摩擦力矩的影响[12]。李松生等基于热弹流润滑理论建立了高速微型球轴承摩擦力矩的分析模型[13]。
相对数值较大的径向力,摩擦力矩通常很小。因此,如何准确测定承受径向载荷的滚动轴承的摩擦力矩,是一个需要解决的问题。现有的专利和文献对于轴承摩擦力矩的试验测量多数只针对施加轴向载荷的工况。文[11]虽对被测轴承施加径向载荷,但轴承转速只控制在30 r/min以下。为此,