通过能耗系数来评价轴承自身能耗的方法

技术领域

本发明属于轴承能耗评价技术领域，具体涉及到一种通过能耗系数来评价 轴承自身能耗的方法。

背景技术

从物理学角度看，轴承转动必然要克服摩擦阻力消耗能量，该消耗的能量 从广义上可自定义为轴承自身能耗，轴承自身能耗是轴承本身的一种固有特性， 在一定程度上客观反映了轴承品质的优劣。

轴承自身能耗可以通过轴承能耗系数来反映，轴承能耗系数从广义上可自 定义为：阻止轴承转动的摩擦力矩与轴承所承受的外力之和与轴承半径乘积的 比值，轴承能耗系数用符号μ表示，μ为无量纲的常数，根据轴承的运动状态， 轴承能耗系数可以分为启动能耗系数和常态能耗系数。

轴承启动能耗系数是指轴承启动摩擦力矩与轴承所承受的外力之和与轴承 半径乘积的比值，轴承启动能耗系数用符号μ_启来表示。

轴承常态能耗系数是指轴承常态摩擦力矩与轴承所承受的外力之和与轴承 半径乘积的比值，轴承常态能耗系数用符号μ_常来表示。

上述所述摩擦力矩是指阻止轴承内圈与外圈或指轴圈与座圈相对转动的摩 擦阻力对轴承回转中心的力矩，其大小等效于克服轴承内部摩擦阻力使轴承内 圈与外圈或是轴圈与座圈相对转动所需的最小外加力矩，所述摩擦力矩用符号 表示，单位为Nm。

上述所述启动摩擦力矩是指轴承从静止状态启动时摩擦力矩的临界值，其 大小等效于打破轴承静止状态并使轴承内圈与外圈或是轴圈与座圈产生相对转 动所需的最小力矩，所述启动摩擦力矩用符号表示，单位为Nm。

上述所述常态摩擦力矩是指轴承在正常运转状态下其内部摩擦阻力对轴承 回转中心的力矩，所述常态摩擦力矩用符号表示，单位为Nm。

由此，对各种传动部件尤其是轴承等关键零部件的自身能耗特性提出了越 来越高的要求，高灵敏性、低能耗的轴承产品受到了越来越多主机用户的关注。

影响轴承自身能耗的因素有很多，比如轴承材料、结构参数、润滑方式、 润滑剂类型、加工精度等，但对于航空航天、武器装备、风力发电等重点领域 用高精度或大型轴承，通常以所述摩擦力矩作为评价依据，通过所述摩擦力矩 的大小来判定轴承自身能耗特性的优劣。

所述摩擦力矩随轴承的受力变化而变化，对同一套轴承来说在不同的受力 状态下其摩擦力矩是不相同的，故其自身能耗的大小也是不相同的，因此通过 所述摩擦力矩作为评价依据不能客观真实的反映出轴承自身的能耗特性，而通 过轴承能耗系数作为评价依据在国内尚未见到相关报道。

发明内容

基于摩擦力矩作为评价依据不能客观真实的反映出轴承自身的能耗特性， 本发明提出了一种通过轴承能耗系数来评价轴承自身能耗的方法，该方法通过 对同批次同型号各轴承的能耗系数大小来评价其中某一轴承的自身能耗特性， 具有评价科学、准确、简练之特点，便于被实际运用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种通过轴承能耗系数来评价轴承自身能耗的方法，该方法中轴承能耗系 数μ与摩擦力矩轴承所承受的外力之和∑F以及轴承半径R存在如下关 系：

同理，轴承启动能耗系数μ_启与启动摩擦力矩轴承所承受的外力之 和∑F以及轴承半径R存在如下关系：

同理，轴承常态能耗系数μ_常与常态摩擦力矩轴承所承受的外力之 和∑F以及轴承半径R存在如下关系：

上述所述所述通过相同试验检测条件获得；

本发明的方法如下：

用户根据轴承的使用条件预先给出该轴承能耗系数μ₀，设定μ＝μ₀并将μ作 为评价轴承自身能耗特性的对比值，然后对同批次同型号的n套轴承分别作出 对应标记i=1、2、3、…、n，在相同试验检测条件下通过和 分别计算出μ_启1、μ_启2、μ_启3、…、μ_启n和μ_常1、μ_常2、 μ_常3、…、μ_常n，将所述μ_启1、μ_启2、μ_启3、…、μ_启n和所述μ_常1、μ_常2、 μ_常3、…、μ_常n分别与μ进行对比：

当μ_启1或是μ_启2或是μ_启3或是…或是μ_启n≤μ且μ_常1或是μ_常2或是 μ_常3或是…或是μ_常n≤μ时，表明该标记号的轴承在工作时其自身能耗较低， 能够满足使用要求；

当μ_启1或是μ_启2或是μ_启3或是…或是μ_启n＞μ且μ_常1或是μ_常2或是μ _常3或是…或是μ_常n＞μ时，表明该标记号的轴承在工作时其自身能耗较高，不 能够满足使用要求；

当μ_启1或是μ_启2或是μ_启3或是…或是μ_启n≤μ但是μ_常1或是μ_常2或是 μ_常3或是…或是μ_常n＞μ时，表明该标记号的轴承在工作时其自身能耗较高， 不能够满足使用要求；

当μ_启1或是μ_启2或是μ_启3或是…或是μ_启n＞μ但是μ_常1或是μ_常2或是 μ_常3或是…或是μ_常n≤μ时，表明该标记号的轴承在工作时其自身能耗较高， 不能够满足使用要求。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明为评价同批次同型号轴承的自身能耗提供了量化依据，并为开发 更高品质的轴承产品提供了理论支持。

2、在给定轴承能耗系数μ₀下并将μ=μ₀，通过分别计算同批次同型号n套 轴承的启动能耗系数μ_启或常态能耗系数μ_常并与μ进行对比，可以直观的了解 该标记号轴承的自身能耗特性。

3、本发明的方法可以作为轴承优化设计的技术指标。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实 施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。

已知一批某型号向心球轴承共50套，n=50，50套轴承分别作出对应标记 i=1、2、3、…、50，R=0.05m，用户给出的工况条件是：∑F=500N以及μ₀=0.02， 通过可以计算出该是满足用户工况条件的最大值，设 定μ=μ₀并将μ作为评价轴承自身能耗特性的对比值。

通过轴承能耗系数来评价上述50套轴承自身能耗的方法如下：

第一步，在相同试验检测条件下分别测出每套向心球轴承的启动摩擦力矩 和常态摩擦力矩其中i=1、2、3、…、50；j＝1、2、3、…、50， 这就是说每套向心球轴承的启动摩擦力矩是不相同的，每套向心球轴承 的常态摩擦力矩也是不相同的，是通过相同试验检测所测出的。 第二步，通过和分别计算出每套 向心球轴承的启动能耗系数μ_启i和常态能耗系数μ_常j，其中i=1、2、3、…、 50；j＝1、2、3、…、50。

第三步，将第二步计算出的μ_启1、μ_启2、μ_启3、…、μ_启50和μ_常1、μ_常2、 μ_常3、…、μ_常50，分别与上述μ=0.02进行对比：

当μ_启1或是μ_启2或是μ_启3或是…或是μ_启50≤μ且μ_常1或是μ_常2或是 μ_常3或是…或是μ_常50≤μ=0.02时，表明该标记号的向心球轴承在工作时其自 身能耗较低，同时也说明该套向心球轴承的启动摩擦力矩和常态摩擦力 矩同时能够满足使用要求。

当μ_启1或是μ_启2或是μ_启3或是…或是μ_启50＞μ且μ_常1或是μ_常2或是μ _常3或是…或是μ_常50＞μ＝0.02时，表明该标记号的向心球轴承在工作时其自身 能耗较高，不能够满足使用要求。

当μ_启1或是μ_启2或是μ_启3或是…或是μ_启50≤μ但是μ_常1或是μ_常2或 是μ_常3或是…或是μ_常50＞μ=0.02时，表明该标记号的向心球轴承在工作时其 自身能耗较高，不能够满足使用要求。

当μ_启1或是μ_启2或是μ_启3或是…或是μ_启50＞μ但是μ_常1或是μ_常2或 是μ_常3或是…或是μ_常50≤μ=0.02时，表明该标记号的向心球轴承在工作时其 自身能耗较高，不能够满足使用要求。

采用本发明的方法可以对不同厂家、不同批次的各种型号轴承进行自身能 耗进行评价，这为优化轴承的设计参数和制造工艺提供了科学依据，同时也为 主机优化轴承选型提供了评价依据，对开发更环保、更低能耗的轴承具有借鉴 意义，本发明的方法便于被实际运用。

公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应 了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变 化和改进。