基于VOF方法的套圈下润滑角接触球轴承油气两相流分布与回油特性研究

《Lubricants》：Analysis of Oil–Air Two-Phase Flow Distribution and Oil Return Characteristics in Under-Race Lubricated Angular Contact Ball Bearings

　　

套圈下润滑是一种适用于高速角接触球轴承的有效供油方式，但轴承内部油气两相流分布与端部回油行为之间的关系仍未得到充分理解。本研究针对套圈下润滑角接触球轴承建立了基于流体体积（Volume of Fluid, VOF）的油气两相流模型，并进行了实验验证。研究了油流量、转速、进油孔轴向位置、直径和数量对流动分布的影响。数值与实验回油比之间的最大相对误差为3.17%。在3000 rpm下，将油流量从65 L/h增加到140 L/h，滚动体表面平均油体积分数从约0.037增加到0.089。相反，增加转速降低了轴承元件表面的油保留量和大游隙端的回油比。在140 L/h下，回油比从3000 rpm时的约97%降至6000 rpm时的86.5%。将进油孔向小游隙端偏移增强了保持架润湿，但降低了滚动体上的油保留量和大游隙端回油量。在所研究范围内，中间平面进油位置、较小的进油孔直径和较多的进油孔数量更有利于将油输送到滚动体，同时保持较高的回油比。

论文解读：套圈下润滑角接触球轴承油气两相流分布与回油特性研究

一、研究背景与存在问题
角接触球轴承因具备高速能力和联合径向-轴向承载能力，广泛用于航空发动机、高速主轴和精密传动系统。高速条件下，润滑状态直接影响摩擦、温升、磨损和服役可靠性。已有研究主要通过计算流体动力学方法揭示了轴承腔内油分布不均、局部乏油、温度升高等现象，并发现供油结构对油分布有重要影响。然而，润滑油进入轴承腔后的排出行为受到的关注相对较少。在套圈下润滑中，润滑油经内圈油孔进入轴承，在滚动体、保持架、滚道和内部间隙中再分配，最终从两端排出。由于角接触球轴承两端轴向游隙不同，可能出现不对称排油。但内部油气两相流分布、元件表面油保留量与端部回油行为之间的关系仍不明确。因此，研究人员建立了基于VOF的油气两相流模型，并通过实验验证，系统研究了运行参数和进油孔参数对润滑分布与回油特性的影响，为高速轴承润滑设计和供油参数优化提供了定量依据。

二、研究方法
研究人员建立了基于流体