導讀：變速箱內部的齒輪磨粒等硬質異物懸浮在潤滑油中，影響軸承的使用壽命。采用接觸式密封會增加軸承轉矩，采用特殊軸承材料進行特殊熱處理（開式軸承）提高耐異物性會增加成本。因此，使用摩擦學技術，通過優化密封接觸壓力、表面粗糙度、橡膠硬度，關注提高楔形油膜效應的密封形狀，設計了超低摩擦密封球軸承。

常規密封唇接觸的摩擦通常保持在邊界/部分薄膜潤滑中，新開發軸承的密封唇接觸部分的摩擦在Stribeck曲線的流體動力潤滑范圍內（圖1）。

圖1 Stribeck曲線

1　設計方法

新開發軸承的結構如圖2所示，主要是密封圈的改進。

圖2 新開發軸承的橫截面

通過在密封唇的滑動表面上均勻布置多個圓弧形微小凸起（圖3），在像變速箱類的油潤滑環境下出現楔形油膜效應（圖4），使旋轉期間的摩擦因數在流體動力潤滑范圍內。關于微小凸起的形狀設定，采用計入橡膠彈性的流體潤滑分析（軟EHL分析）得出的Z佳形狀（圖5），實現了低轉矩和長壽命的設計目標。

圓弧形微小凸起

圖3 新開發的密封結構

圖4 楔形油膜效應

圖5 微小凸起的設定

2　驗證

在轉速為1500 r/min，使用潤滑油為CVTF，軸承溫度為-40～120℃下，對新開發軸承進行有限元分析（圖6）。通過該分析得到的Z小膜厚如圖7所示，溫度范圍內的Z小膜厚位于Stribeck曲線（圖1）的流體動力潤滑范圍內。

圖6 油膜壓力分布計算結果

圖7  膜厚與溫度的關系

3　試驗及效果

通過轉矩與軸承溫度、過盈量、轉速等的分析，以及壽命和耐久性試驗，得出新開發軸承的特點：

1）與接觸式密封軸承相比，轉矩減小80%；

2）與開式軸承相比，壽命提高5倍以上；

3）密封圓周速度達到50m/s，甚至更高；

4）有效防止了有害異物的侵入。

作者：Katsuaki SASAKI等

來源：《NTN TECHNICAL REVIEW》