２００６年１１月 第１１期（总第１８３期） 润滑与密封 ＬＵＢＲＩＣＡＴ１０Ｎ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＮＯＶ．２Ｏ０６ Ｎｏ．１１（ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１８３） 油气进口位置和进气量对油气润滑滚动轴承性能影响的研究 巩彬彬 张俊国 王建文 安（１．华东理工大学机械与动力工程学院琦 刘厚飞 张鹏 上海２０１９０７） 上海２００２３７；２．上海莱伯斯润滑技术有限公司摘要：在自行研制的油气润滑滚动轴承的试验装置上，在保持进油量不变条件下，分别研究了油气进口位置变化和 进气量大小对油气润滑滚动轴承外圈温度的影响过程，发现改变进气位置，会对各温度测量点的温度升高过程有所影 响；滚动轴承的润滑效果随进气量的升高而提高，但当进气量大到一定程度后，继续增加进气量所产生的温度降低效果 逐渐变小。 关键词：油气润滑；滚动轴承；进气位置；进气量 中图分类号：ＴＨ１３３．３３文献标识码：Ａ文章编号：０２５４—０１５０（２００６）１１—１６５—３ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａｉｒ Ｆｌｏｗ Ｒａｔｅ ａｎｄ Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｇｏｎｇ Ｂｉｎｂｉｎ Ｚｈａｎｇ Ｊｕｎｇｕｏ Ｗａｎｇ Ｊｉａｎｗｅｎ Ａｎ Ｑｉ Ｌｉｕ Ｈｏｕｆｅｉ Ｚｈａｎｇ Ｐｅｎｇ （１．Ｔｈｅ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３７，Ｃｈｉｎａ； ２．ＲＥＢＳ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ，，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１９０７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｉｇ ｏｆ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｏｉｌ—ａｉｒ，ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｋｅｅｐｉｎｇ ｔｈｅ ｏｉｌ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ａｎｄ ｏｉｌ—ａｉｒ ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｉｌ—ａｉｒ ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓ— ｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｒａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ， ｂｕｔ ｓｕｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｗｉｌｌ ｂｅｃｏｍｅ ｖｅｒｙ ｓｍａｌｌ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｌｅｖｅ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｉｌ—ａｉｒ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ；ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ；ｏｉｌ—ａｉｒ ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ；ａｉｒ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ 油气润滑是近年来出现的一种新兴的润滑技术， 据一系列文献报导 ，它与传统的润滑技术相比， 具有很多突出的优点。但本文作者通过资料查询，发 现目前对该项技术的研究在很多方面还较为欠缺，比 如：在实际使用过程中，供气量及进气位置对润滑效 果的影响等，目前尚未有人进行深入研究，而在实际 应用中往往是研发单位的专家根据经验作出决定。为 此，作者根据油气润滑技术的特点，设计、研制了一 台能够对角接触推力滚子轴承进行油气润滑实验研究 的试验台。滚动轴承是目前油气润滑在工程实践中主 要应用领域之一 ，作者在该试验台上针对进气位置 和供气量对滚动轴承润滑效果的影响进行了深入研究。 １ 试验装置及试验过程 如图１所示为整个试验装置，该试验台具有加 载、变转速、改变油气润滑的供油量、供气量、改变 进气位置、滚动轴承外圈温度测试、周向载荷的调整 等功能。在被测试轴承的端盖上，沿圆周方向设置了 ６个油气进口（如图２中“＋”处），以便对不同进 气位置的润滑效果进行研究。在被测试滚动轴承的外 圈上采用包覆点焊的方式固定了６个热电耦（如图２ 中轴承外圈位置标号），温度测点在轴承端盖上的布 置方位如图２所示，用于对轴承外圈温度进行循环测 试。图３为油气产生和输送部分，该部分由上海莱伯 斯润滑技术有限公司专门为该试验装置设计。该部分 的基本功能包括：通过对注油泵的工作频率的时间间 隔的调整，改变进油量；通过对供气压力的调节，实 现对供气压力和供气量的调整；设置一高精度流量 表，实现对润滑过程中供气流量的测试；油气的输送 通过一连接供油系统和轴承端盖上的喷嘴来实现；整 个系统的气源由一空气压缩机提供。 收稿日期：２００６—０２—２７ 联系人：巩彬彬，Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｉｎｂｉｎｇｏｎｇ＠１２６．ｃｏｍ． 图１试验装置 维普资讯 http://www.cqvip.com
１６６ 润滑与密封 第１８３期 ④ ③ ① 图２轴承温度测点和油气进口位置图 图３油气产生和输送部分 ２试验结果及讨论 ２．１ 油气进口位置对油气润滑滚动轴承润滑性能的 影响 为了考察油气进口位置对油气润滑滚动轴承润滑 性能的影响，试验过程保持载荷和转速不变，按照图 ３所示的油气进口位置顺序，不断改变进气位置，在 每１个进口位置下，测试轴承圆周方向６点温度变化 过程，每分钟测试记录１次温度数值，试验完成后在 坐标系中绘出各点温度随时间变化的曲线。然后待整 个试验装置系统冷却到室温后再进行下１次试验，依 次完成圆周方向６个点进气的试验，将圆周方向各温 度测点温度值的变化过程的记录数据绘制在同１个坐 标系中。 试验时轴向不加载，径向载荷为２ ９９７ Ｎ；转速 为８６０ ｒ／ｍＡｎ，供油量为１５ ｍＬ／ｈ，供气压力为０．４５ ＭＰａ。 图４—９是在上述确定的试验条件下，不同进气 位置测试的轴承外圈１—６点的温度变化曲线。由这 些曲线可以看出，在进气点位置发生改变时，位置１ 处进油气时能使圆周方向上绝大多数测点的温度上升 速度最慢，因此该点作为油气进口产生的润滑效果最 好；在位置３进油气时各点温度升高速度相对较快， 说明该位置作为油气进口是不合适的，其它４个油气 进口位置所产生的润滑效果差别很小，可认为在允许 误差范围内，这些进口位置的改变对对滚动轴承温度 升高速度影响不大。 蚤 蓦圣 掰 量４５芝￣３５【 ： ｆ 时间ｔ／ｒａｉｎ 图８测点５温度变化曲线 图９测点６温度变化曲线 ２．２进气量对油气润滑滚动轴承润滑性能的影响 根据上述试验研究的结果，选择位置１作为油气 进口，保持滚动轴承的转速和载荷不变，只改变进入 滚动轴承的空气流量，考察进气量对油气润滑滚动轴 承圆周方向上６个温度测点的温度值的影响。 试验时轴向不加载，径向载荷为２ ９９７ Ｎ；转速 为８６０ ｒ／ｍｉｎ，位置１点进气，供油量为１５ ｍＬ／ｈ。 图１０～１５是在上述试验条件下，不同进气量测 试的轴承外圈１～６点的温度变化曲线。比较图中各 点在不同进气量条件下的温度升高速度，看出各点温 度的升高速度随进气量的升高而降低，在本研究中， 当进气量为１．５ ｍ ／ｈ时温度升高最为缓慢，说明该 进气量条件下滚动轴承的润滑效果最好。产生这种现 象的原因主要是由于进气量的增大使得散热效果提 高，降低了滚动轴承和润滑油的温度。但是从本文的 研究中可以看出，当进气量增大到一定程度后，继续 增加进气量所产生的温度降低效果逐渐变小。 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００６年第１１期 ４５ Ｕ 巩彬彬等：油气进口位置和进气量对油气润滑滚动轴承性能影响的研究 １６７ ４５ Ｕ 承产生的润滑效果最好；在位置３进油气时各点温度 、３５ 口２５ 口、３５ ｚｓ 升高速度相对较快，产生的润滑效果最差，而在其它 ４个油气进口位置所产生的润滑效果差别很小。 （２）在相同的载荷、转速和供油量条件下，滚 雠赠 时间ｔ，ｒａｉｎ ｌ５ ｌ ｌｌ ２ｌ ３１ ４ｌ ５１ ６１ ７１ ８１ ｌ５ １ １１ ２１ ３ｌ ４１ ５１ ６１ ７１ ８１ Ｐ●●●●●●●●●Ｌ ●●●●●●●●Ｌｒ●，，●¨¨！动轴承圆周方向上各点温度的升高速度随进气量的升 高而降低，产生这种现象的原因主要是由于进气量的 ¨ 时间ｔ，ｒａｉｎ 医 ：２ ：２ 图１０测点１温度变化曲线 图１１测点２温度变化曲线 增大使得散热效果提高，降低了滚动轴承和润滑油的 温度。但当进气量大到一定程度后，继续增加进气量 所产生的温度降低效果逐渐变小。 参考文献 【１】陈宏军．拉矫机滚动轴承油气冷却润滑研究［Ｄ］．北京： 北京科技大学，２００１：２８—３０． 图１２测点３温度变化曲线 缀 垂 百 ｉ＿ ５９—６２ 【２】姚杰．一种新型润滑系统——油气润滑系统［Ｊ］．润滑与 密封，１９９６（６）：５６—５８． 【３】Ｓ Ｈ Ｙｅｏ，Ｋ Ｒａｍｅｓｈ，ｚ Ｗ Ｚｈｏｎｇ．Ｕｌｔｒａ・ｈｉｇｈ・ｓｐｅｅｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｓｐｉｎｄｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｕｐｏｎ ｕｓｉｎｇ ｏｉｌ／ａｉｒ ｍｉｓｔ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌｓ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２００２， ４２：８１５—８２３． 【４】陆明忠，展军，刘孝存，等．油气润滑系统在冶金设备的 应用前景展望［Ｊ］．黑龙江冶金，２００３（２）：２８—３０． 与密封，２００４（１）：１００—１０３． 【５】杨和中，刘厚飞．ＴＵＲＢＯＬＵＢ油气润滑技术［Ｊ］．润滑 【６】李听阳．方坯连铸机油气润滑系统［Ｊ］．润滑与密封， ２００４（１）：３３—３４． 图１４测点５温度变化曲线 图１５测点６温度变化曲线 ３结论 （１）在相同的载荷、转速和供油量条件下，在 油气进口位置发生改变时，位置１处进油气能使圆周 方向上绝大多数测点的温度上升速度最慢，对滚动轴 【７】杨和中，徐立无，余岚，等．新一代润滑方式——油气润 滑及其在攀钢冷轧厂的应用［Ｊ］．攀钢技术，１９９９（４）： （上接第１１５页）为１．８８％。说明即使同一厂家生产 的冷却器，由于生产过程的微小变化，将导致性能的 较大变化。 设计及选型时提供依据。 ３结论 （１）由于采用不同生产工艺，车用发动机润滑 所测的８个润滑油冷却器传热性能相差最大为 １２．０７％，最小为０．５８％；压降特性相差最大为 ３１．４３％，最小为０．８８％。这说明不同厂家生产的冷 却器，由于生产工艺不同，例如翅片采用滚压成型或 者冲压成型、不同的钎焊工艺等，将导致润滑油冷却 器的性能，尤其是压降特性，产生较大变化。 根据８个润滑油冷却器传热性能和压降特性的实 验数据，用最ｄｘ－－乘法拟合了换热量Ｑ 、压降Ｐ随 润滑油流量 的变化关系为： Ｑ。＝４．０１＋５．３０ －０．４７０Ｖ２ｏ＋０．０１７ ５ Ｐ＝８．５１＋１２．９Ｖｏ一０．６７５Ｖ２＋０．０９３ １ ｏ油冷却器的传热性能和压降特性有较大的差异。 （２）根据润滑油冷却器传热性能和压降特性的 实验数据拟合的换热量、压降随润滑油流量的变化关 系，可为发动机在板翅式润滑油冷却器的结构设计及 选型时提供依据。 参考文献 【１】凌祥，涂善东，陆卫权．板翅式换热器的研究与应用进展 ［Ｊ］．石油机械，２０００，２８（５）：５４—５８． 【２】钱颂文．换热器设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００２：３８１． 【３】ＪＢ／Ｔ ５０９５．１９９１内燃机机油冷却器传热性能试验方法［ｓ］． 北京：中国标准出版社．１９９２． 利用上式可为发动机在板翅式机油冷却器的结构
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