滚动轴承摩擦力矩的计算模型及其影响因素分析

徐永智

摘要：随着机械技术的进一步发展，现代制造行业正朝着高速、高精度和高可靠性方向发展，自动化数控机床作为机械制造行业的重要设备，越来越多智能化数控机床得到广泛应用。但是数控机床的智能化、信息化发展下一些硬件设施呈现出后劲不足的状态。如，滚动轴承摩擦力矩大小无法满足轴承现有的功率消耗和发热量大小需求。此问题严重影响现代机械制造加工业的可持续发展。基于此下文展开对滚动轴承摩擦力矩的计算模型搭建，提出影响轴承摩擦力矩的相关因素，旨在能够起到保护滚动轴承，提升滚动轴承的效率和质量。

关键词：滚动轴承;摩擦力矩;计算模型;影响因素

0  引言

滚动轴承是运转的轴和轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密机械元件。在数控机床机械设备中，机床主轴支承需要根据主轴部件的转速、承载能力和回转静度等要求而采用不同標准的滚动轴承。可以说，滚动轴承起到带动数控机床加工主轴转动滚动完成各种加工作业的关键作用。而事实上在数控机床的机械元件维护管理中，经常会出现滚动轴承摩擦失效等故障问题，一旦出现滚动轴承故障，将会影响整个制造加工行业的效率和质量。对此重视并推动滚动轴承的管理和技术优化顺理成章。目前许多技术研发人员对于滚动轴承摩擦力矩的计算以及影响展开深入的探索，对于本文的研究提供了丰富的参考和借鉴。站在前人的研究基础上。下文主要从数控机床中的滚动轴承摩擦力矩的计算模型构件，旨在能够提升数控机床工作效果，改善机床运行状态。

1  滚动轴承摩擦力矩的分析

1.1 滚动轴承摩擦力矩的作用

①滚动轴承。

滚动轴承一般是由内圈、外圈、滚动体和保持架四个部分组成。如图1所示。内圈主要是装在轴上，同主轴同步转动;外圈装在数控机床的机体上或是安装在轴承座内，固定不动;滚动体安装在内外圈之间的滚道中，有滚珠、滚柱等各种类型的滚动体，一般随着数控机床设备加工工艺要求采用不同滚动体的滚动轴承;而保持架主要是用来均匀分隔滚动体，防止滚动体之间相互摩擦碰撞，引起滚动轴承摩擦失效。在数控机床加工中，滚动轴承能支持专业的轴承加工工艺，确保数控机床的自动化生产加工的有序展开。当前在机械设备中安装滚动轴承元件，其能够使自身的摩擦力远远小于滑动轴承，起到减少消耗在摩擦阻力上的功耗，将滚动轴承的各种作用力应用于推动轴承机械设备的运作中，可以说在滚动轴承中，其摩擦阻力较小，机械效率越高，应用范围更为广泛。

②滚动轴承摩擦力矩。

事实上，在滚动轴承运行时，滚动轴承的各个零部件都可以产生相对运动，同时也产生与转动方向相反的阻碍运动的综合力矩。这就是摩擦力矩。当滚动轴承摩擦阻力增大，则其所具有的优势将消失，影响轴承机械设备的失效，严重的会影响到数控机床加工生产的经济效益和社会效益。当前导入滚动轴承摩擦力矩的概念，通过对摩擦力矩的计算，展开对滚动轴承的旋转的灵活性，灵敏度。可以说摩擦力矩同滚动轴承的灵活性成反比。一般情况下，在评价滚动轴承的摩擦力大小的时候，会通过摩擦力矩和摩擦系数两个指标来显示。摩擦力矩（M）等于滚动轴承的摩擦系数（u）同滚动轴承的轴承负荷力（p）还有滚动轴承的轴径长度（d）的乘积的一半。该公司主要适用于滑动轴承的摩擦力矩的计算。而对于滚动轴承而言，其摩擦力矩的计算模式是非线性函数关系。具体如第2节所示。

1.2 滚动轴承摩擦力矩计算的重要性

归根究底滚动轴承的摩擦力矩的产生是因为轴承在运动中各处发生摩擦运动所引起的结果。在数控机床的滚动轴承中，其会受到垂直方向的载荷和冲击负荷，由此产生较强的耐冲击性和抗腐蚀性，从而产生一个无法控制的动态参数，对于滚动轴承的运行起到重要的影响。因此通过对滚动轴承摩擦力矩的计算，将影响到摩擦力矩的相关因素进行测试分析，得出一个滚动轴承摩擦力矩的计算模型，对于未来如何降低摩擦力矩的轴承研制提供了丰富的参考。能够更好地把握好现有的数控机床滚动轴承的应用的稳定性。

2  滚动轴承摩擦力矩的影响因素分析

滚动轴承摩擦力矩对于轴承正常运行起到重要的影响作用，当前关于滚动轴承摩擦力矩的计算研究数量较多。这些研究为本文提供了参考和借鉴。下文正是对滚动轴承摩擦力矩的一般计算方式的探索，提出影响滚动轴承摩擦力矩的影响因素，并且通过对影响因素的参数的考虑和设置，从而导出一种全新的计算模型，提高滚动轴承摩擦力矩的计算准确率和计算的效率。

2.1 滚动轴承摩擦力矩的一般计算方式

基于一般函数计算理念，滚动轴承的总摩擦力矩M的计算方式较为单一化，主要是将轴承载荷大小、润滑剂用量研以及滚动体与滚道之间的弹性变形量等进行微分方程设置和解答的过程。其具体的计算模型：

其中，M0是由轴承载荷力大小、润滑剂用量、润滑剂的粘度以及滚动轴承转速相关的摩擦力矩分量;M1主要是同轴承荷载大小、滚动体和滚道间接触弹性变形量及滑动摩擦等系数相关的摩擦力矩分量;？蘩1是荷载系数;P1为摩擦力矩下影响产生的轴承载荷力;dm是轴承的直径大小。dm=0.5（d+D）。d为轴承内径，D为轴承外径。n为轴承转速，v为润滑剂的运动粘度，还有？蘩0为轴承结构所受到的润滑方法影响下的系数情况。在一般计算方式中，需要考虑到参数以及变量较多，且经过一般计算所测算出来的滚动轴承摩擦力矩未能够考虑到滚动轴承在静止或是低速运动下的摩擦力矩情况。因此展开的摩擦力矩计算较为繁琐，且未能够展开非线性解答。

2.2 滚动轴承摩擦力矩的影响因素

经过上文提到滚动轴承摩擦力矩的一般计算公式可知，影响摩擦力矩的因子较为复杂。

①滚动轴承自身结构的影响。

摩擦力矩本身是对于滚动轴承各个零部件在运作中所产生的反作用摩擦力的计算。因此滚动轴承所采用的不同元件参数所带来的摩擦力矩效果不同。如，当滚动轴承的出现套圈偏斜的话，则整个滚动轴承的载荷力大大降低，对于M0的影响较大。

②滚动轴承所采用的润滑剂的系数影响。

润滑剂对于整个滚动轴承的摩擦力大小产生巨大的影响，而不同参数的润滑剂粘度不同，在润滑剂的粘度以及基油的粘度影响下，其带来的速度大小以及？蘩0大小会发生巨大的变化。不同的润滑剂影响下，导致滚动轴承的运动速度大小受到限制。如，润滑剂的粘度越高，则对于设备的轴承结构的的润滑更强，可以带来较高的摩擦效果。

另外不同的滚动轴承摩擦力矩的大小同滚动轴承自身的规格大小也具有密切关系。若是滚动轴承的轴承平均直径極大，则带来的摩擦力大小出现变化，整个滚动轴承所拥有的摩擦力矩大小随之发生变化。

总之，可以发现，滚动轴承摩擦力矩计算模型受到诸多因素的影响，但是在一般的计算方式下，缺少对滚动轴承的荷载情况的判断分析。如，在重载情况下的滚动轴承的结构运作、润滑液的粘度效果等都会产生变化，原本静态计算得到的摩擦力矩不再适用。因此要求能够导入一种全新的滚动轴承摩擦力矩计算模型，展开对滚动轴承重载和低速等的特殊运行条件下的摩擦力矩计算。可以发现SKF所推出的计算模型所计算出来的结果更加准确，具体的计算模型如第3节所示。

3  滚动轴承摩擦力矩的计算模型分析

新的滚动轴承摩擦力矩的计算模型主要为：

M=？覫ish？覫rsMrr+Mst+Mseal+Mdrag

其中，Mrr为滚动摩擦力矩，主要是通过不同轴承类型所具有的滚动摩擦变量参数所计算得到的。？覫ish为切入发热减少系数，该系数是由轴承中的润滑剂粘度等决定的。只有轴承中有充分的润滑剂，此时接触到滚动轴承的各零部件的润滑油能够形成油膜，对于其他再进入到滚动轴承的各部位的润滑油起到抵御的作用，润滑油发生倒流情况，滚动轴承内部的润滑油的粘度由此降低，极大地减少因为油膜厚度所带来的摩擦分量，更能够大大减少发热系数。该系数可以实现对滚动轴承的各种润滑油粘度下的摩擦力矩的计算，且都不会受到润滑油粘度以及润滑油相关系数的影响。Mst是滑动摩擦力矩，根据轴承类型发生参数变化;Mseal为密封件的摩擦力矩大小。在滚动轴承的密封圈轴承，密封圈会引起较大的摩擦耗损，在一般计算中忽视该参数变化，而此时通过对轴承密封圈的摩擦力矩的计算，可以大大提高对滚动轴承的摩擦力矩的计算的准确率。

4  结束语

综上所述，本文在介绍了滚动轴承的摩擦力矩的失效影响机理后，提出构建起完整科学的滚动轴承摩擦力矩计算模型的重要性和必要性。旨在确保滚动轴承的性能能够满足现代社会的发展需求，有效地提高滚动轴承在各行各业的应用效率，有效地避免因为滚动轴承摩擦力矩失效的情况所带来的经济损失和社会损失。

参考文献：

[1]王稳，李维.考虑接触特性的滚动轴承系统建模与仿真分析[J].现代制造工程，2020，03：72-76.

[2]涂文兵，杨锦雯，罗丫，王朝兵，张龙.转速波动工况滚动轴承打滑动力学特性分析[J].振动.测试与诊断，2018，38（06）：1193-1198，1294.

[3]涂文兵，何海斌，罗丫，肖乾.滚动轴承稳定工况下的滚动体打滑动力学分析[J].振动与冲击，2019，38（06）：94-99.

[4]运侠伦，梅雪松，姜歌东，李玉亭，袁世珏.高速主轴角接触球轴承动刚度分析及测试方法[J].振动.测试与诊断，2019，39（04）：892-897，912.

[5]殷爱平，王浩淼，赵明宣，崔琦峰，杨金平.空间伺服机构装配过程中轴承预紧力的控制[J].光学精密工程，2019，27（11）：2384-2391.