考虑膜厚修正的脂润滑球轴承弹流润滑分析

张伟业; 张长; 蒋紫阳; 倪文钧; 廖富强

doi:DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.017

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考虑膜厚修正的脂润滑球轴承弹流润滑分析

试验分析 | 更新时间：2025-08-16

- 考虑膜厚修正的脂润滑球轴承弹流润滑分析
- Analysis on elastohydrodynamic lubrication in grease-lubricated ball bearings considering film thickness correction
- 机械传动 2025年49卷第8期页码：137-145
- 作者机构：
  
  青海大学机械工程学院，西宁 810016
- 作者简介：
  
  张伟业，男，2000年生，安徽合肥人，硕士研究生；主要研究方向为轴承设计和弹流润滑分析；zwy28211X@163.com。
  张长（通信作者），男，1978年生，陕西西安人，副教授，硕士研究生导师；主要研究方向为轴承理论及其应用设计；zhangchang7926@163.com。
- 基金信息：
  
  青海省科技计划项目(2023-ZJ-735)
- DOI：DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.017
  中图分类号：
- 收稿日期：2024-04-14，
  
  纸质出版日期：2025-08-15
- 稿件说明：
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张伟业，张长，蒋紫阳，等. 考虑膜厚修正的脂润滑球轴承弹流润滑分析［J］. 机械传动，2025，49（8）：137-145.

ZHANG Weiye，ZHANG Chang，JIANG Ziyang，et al. Analysis on elastohydrodynamic lubrication in grease-lubricated ball bearings considering film thickness correction［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（8）：137-145.
张伟业，张长，蒋紫阳，等. 考虑膜厚修正的脂润滑球轴承弹流润滑分析［J］. 机械传动，2025，49（8）：137-145. DOI： DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.017.

ZHANG Weiye，ZHANG Chang，JIANG Ziyang，et al. Analysis on elastohydrodynamic lubrication in grease-lubricated ball bearings considering film thickness correction［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（8）：137-145. DOI： DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.017.

摘要

目的

针对脂润滑滚动球轴承，研究了椭圆点接触脂润滑弹流润滑中膜厚和压力变化等润滑特性。

方法

首先，基于润滑脂的Herschel-Bulkley流变模型，构建弹流脂润滑数值分析模型，模型包括润滑脂本构方程、雷诺方程、膜厚方程、黏压方程、密压方程、载荷平衡方程；其次，根据本文提出的一种Hamrock-Dowson膜厚公式的修正方法，将修正后的膜厚公式应用于模型中膜厚的计算和修正部分；最后，应用直接迭代法对模型进行数值求解，分析不同的流变指数、椭圆率、卷吸速度和载荷对润滑脂膜厚和压力的影响，同时，对比了同一椭圆率、卷吸速度和载荷条件下牛顿流体的膜厚和压力变化趋势。

结果

结果表明，考虑了膜厚修正的模型求解结果更贴近试验数据；且随着卷吸速度和流变指数减小，脂膜厚度减小，脂膜压力在接触区越接近最大Hertz压力；随着椭圆率增大，脂膜压力峰值明显减小，脂膜厚度略微上升；相比于牛顿流体，载荷和卷吸速度对脂润滑的润滑膜厚和压力分布的影响较小。

Abstract

Objective

To study the lubrication characteristics of grease-lubricated rolling ball bearings

such as film thickness and pressure variations in elastohydrodynamic lubrication with elliptical point contact

a numerical analysis model of elastohydrodynamic grease lubrication was constructed.

Methods

This model was based on the Herschel-Bulkley rheological model of lubricating grease and included the constitutive equation for grease

Reynolds equation

film thickness equation

viscosity-pressure equation

density-pressure equation

and load balance equation. Then

a modified film thickness formula proposed

based on the Hamrock-Dowson approach

was applied to calculate and adjust the film thickness within the model. Finally

the model was solved numerically using a direct iteration method to analyze the effects of different rheological indices

ellipticity

entrainment speeds

and loads on the film thickness and pressure of the grease. The results were also compared with the film thickness and pressure trends of Newtonian fluids under the same conditions of ellipticity

entrainment speed

and load.

Results

The results show that the model solutions

which account for film thickness modifications

more closely match the test data. Additionally

as the entrainment speed and rheological index decrease

the grease film thickness decreases

and the grease film pressure in the contact area approaches the maximum Hertz pressure. As the ellipticity increases

the peak grease film pressure significantly decreases

and the film thickness slightly increases. Compared to Newtonian fluids

the impact of load and entrainment speed on the lubrication film thickness and pressure distribution in the grease lubrication is smaller.

关键词

Keywords

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