[0006] 本发明针对滚动体滚动时润滑油外溢，影响润滑效果这一制约脂润滑球轴承高性能的瓶颈，提出了一种在滚道上利用微织构辅助油滴自驱动原理来提高润滑效果的脂润滑球轴承及其微织构加工方法。
[0007] 本发明微织构自驱动油滴的脂润滑球轴承，在内圈和外圈滚道的非接触区划分出液滴驱动区域带，在液滴驱动区域带设置微织构；微织构从滚道的非接触区向接触区(滚动体与滚道接触的区域)方向由疏到密布置。
[0008] 进一步，所述液滴驱动区域带的确定方法为：根据轴承的型号，确定受载时滚动体与滚道的接触中心位置，将由接触中心向滚道两侧的两个方向各延伸4a距离形成的区域定义为滚道上的核心受力区域带，其中a为轴承受载和未受载两种情况下滚动体与滚道的接触中心偏移距离；然后，在核心受力区域带向滚道两侧各延伸加工余量区域带，其中，加工余量区域带的宽度等于预设加工余量；滚道上除去核心受力区域带和加工余量区域带的剩余两侧区域则为两个液滴驱动区域带。
[0009] 进一步，所述的液滴驱动区域带由多个连续的梯度区域组成；每个梯度区域设有一个微织构单元阵列；从非接触区向接触区方向，越靠近接触区的梯度区域，其上的微织构单元阵列的相邻微织构间距越小。
[0010] 进一步，所述的微织构是利用激光加工出的方柱形凸起。
[0011] 进一步，各梯度区域中液滴表面接触角(用以衡量表面润湿性)的计算公式为：
[0012]
[0013] 其中，W和D分别为微织构的宽度和高度，H为微织构单元阵列的相邻微织构间距；θd为液滴表面接触角(为变量，是由表面润湿性梯度导致的)，θ为液滴在未加工微织构的滚道表面的固定接触角。
[0014] 进一步，液滴在相邻梯度区域的交接区域时，由于滚道表面润湿性的不对称而产生不平衡力，即促进液滴驱动的驱动力，驱动力F表达式为：
[0015]
[0016] 其中，γ为固‑液表面张力系数，R为液滴半径，x为液滴在相邻梯度区域运动时产生的位移。
[0017] 驱动力F会驱动外溢到微织构表面上的润滑油油滴从划分好的液滴驱动区域带逐渐回流至滚动体与滚道的接触区，具体的回流方式为：当润滑油油滴外溢到疏密程度较低的微织构单元阵列位置时，因为受到了相邻两个梯度区域产生的润湿性梯度的驱动力而逐渐运动到疏密程度更高的微织构单元阵列位置，而在新的微织构单元阵列位置又会受到新的相邻两个梯度区域产生的驱动力，继续向疏密程度更高的微织构单元阵列位置运动。通过多次重复，外溢到微织构表面的润滑油滴会实现自驱动并被最终引导回流至轴承所需润滑的摩擦润滑区域(接触区)。
[0018] 进一步，油滴受到驱动力而获得的动能增量的公式表达式为：
[0019] E＝Fx
[0020] 由于油滴在驱动力的作用下获得了额外的动能，所以这种油滴驱动的工作原理最终能实现油滴的自驱动并引导加速油滴回流至滚道的摩擦润滑区域，从而提高润滑效果。
[0021] 进一步，选用角接触球轴承时，确定受载时滚动体与滚道的接触中心位置，以及轴承受载和未受载两种情况下滚动体与滚道的接触中心偏移距离a的方法，具体如下：
[0022] 角接触球轴承在载荷下最终接触角α和轴向位移δa的计算公式为：
[0023]
[0024]
[0025] 其中，Fa为最大推力静载荷，K为载荷‑位移系数，Z为滚动体个数，D为滚动体直径，α°为公称接触角，B为总曲率；
[0026] 其中，查出K值后，用Newton‑Raphson法对最终接触角α进行数值求解，迭代方程为：
[0027]
[0028] 当α'‑α小于δ时，停止迭代，将此时的α'作为最终接触角α；其中，δ为阈值；最终接触角α所在位置即为受载时滚动体与滚道的接触中心位置；最终接触角α与公称接触角α°的差值对应的弧长变化量即为轴承受载和未受载两种情况下滚动体与滚道的接触中心偏移距离a。
[0029] 进一步，选用推力球轴承时，确定受载时滚动体与滚道的接触中心位置，以及轴承受载和未受载两种情况下滚动体与滚道的接触中心偏移距离a的方法，具体如下：
[0030] 离心惯性力Fb的公式为：
[0031] Fb＝mw2r
[0032] 其中，m为滚动体的质量，w为滚动体沿着推力球轴承中心旋转运动的角速度，r为滚动体沿着推力球轴承中心旋转运动的旋转半径。
[0033] 通过离心惯性力Fb和轴向载荷C计算最终接触角的公式为：
[0034]
[0035] 计算得到的最终接触角α所在位置即为受载时滚动体与滚道的接触中心位置，最终接触角α与公称接触角的差值对应的弧长变化量即为轴承受载和未受载两种情况下滚动体与滚道的接触中心偏移距离a。
[0036] 该微织构自驱动油滴的脂润滑球轴承的微织构加工方法，具体为：
[0037] 步骤一、液滴驱动区域带的参数设定和计算：设定微织构的宽度W和高度D(会受到激光加工设备的加工条件限制)，并设定液滴驱动区域带的梯度区域个数以及各梯度区域要实现的液滴表面接触角；然后，将各梯度区域的液滴表面接触角代入公式(1)计算出各梯度区域中微织构单元阵列的相邻微织构间距H。
[0038] 步骤二、确定液滴驱动区域带位置：根据轴承的参数和工况计算出受载时滚动体与滚道的接触中心位置，以及轴承受载和未受载两种情况下滚动体与滚道的接触中心偏移距离a，从而确定滚道上的核心受力区域带；然后预设加工余量确定加工余量区域带，将滚道上除去核心受力区域带和加工余量区域带的剩余两侧区域作为两个液滴驱动区域带。
[0039] 步骤三、材料检查：筛除滚道表面有裂纹、毛刺或划痕的轴承半成品。
[0040] 步骤四、对于合格的轴承半成品，使用激光加工设备在滚道的液滴驱动区域带的各梯度区域加工微织构单元阵列。
[0041] 步骤五、对滚道上加工微织构的位置进行表面处理，去除毛刺。
[0042] 本发明与现有技术相比，具有以下有益结果：
[0043] 1.本发明微织构自驱动油滴的脂润滑球轴承，不仅仅避免了滚道上的微织构对滚动体摩擦表面的摩擦运动条件和轴承的初始工作寿命的负面影响，还利用微织构在表面上形成润湿性梯度，让油滴在不同疏密程度微织构的影响下实现在特定区域中的自驱动，能够有效地加速轴承中外溢的润滑油油滴引导回流至油液的润滑区域，提高了滚动轴承润滑油的润滑效果和利用率，减少了轴承结构的损耗。
[0044] 2.本发明没有特定的工况限制，对于不同功能型号的滚动球轴承均可适用，在轴承材料不同等特定的情况下可以适当优化参数来取得更符合条件的方案，从而追求到更优异的润滑效果。
[0045] 3.本发明的各微织构为相同宽度和高度的方柱形凸起，仅仅利用微织构不同的间距来达到制造表面润湿性梯度的目的，这种结构简单，加工方便。
