隨著工業技術的飛速發展，深溝球軸承在機械傳動領域的應用愈發廣泛。在2025年，深溝球軸承行業呈現出向高精度、高轉速、高可靠性方向發展的趨勢，尤其在一些特殊工況如高真空環境下，對深溝球軸承的性能要求更為嚴苛。其中，潤滑性能作為影響深溝球軸承工作狀態和壽命的關鍵因素，成為行業研究的重點方向。深入探究高真空環境下高速深溝球軸承的潤滑性能，對於提升相關設備的運行效率和穩定性，推動深溝球軸承行業的技術進步具有重要意義。

  一、深溝球軸承潤滑狀態的理論基礎與初步計算

  《2025-2030年中國深溝球軸承行業發展趨勢分析與未來投資研究報告》指出，在微小型高速深溝球軸承中，滾動體為球體，滾道由兩圓弧面構成曲面，二者形成的運動副屬於高副，呈現點接觸的特性。並且當微小型高速深溝球軸承達到額定轉速時，傳熱狀態會達到動態平衡，軸承腔內溫度基本保持穩定，處於等溫穩態運轉狀態。因此，針對微小型高速深溝球軸承在高速輕載工況下的彈流潤滑計算，採用等溫點接觸模型。

  選用德國 GRW 的高速深溝混合陶瓷球軸承，其尺寸較小，但極限轉速高、疲勞壽命良好，是分子泵的理想支撐部件。該軸承的材料參數和尺寸參數具體如下：軸承材料方面，外圈和內圈分別為 100Gr3 和 100Gr6，滾動體為 Si3N4，保持架為 Torlon;其彈性模量外圈和內圈均為 207，滾動體為 320，保持架為 316;泊松比外圈和內圈為 0.29，滾動體為 0.288，保持架為 0.45;密度外圈和內圈為 7810，滾動體為 2600，保持架為 1420。軸承尺寸上，外圈內徑 5.00mm，外圈外徑 8.00mm，內圈外徑 4.00mm，內圈內徑 2.00mm，寬度 2.381mm，滾動體直徑 1.200mm，接觸橢圓長半軸 1.200mm，短半軸 0.600mm 。

  二、深溝球軸承潤滑基本方程及其處理

  對於等溫條件下彈性流體動壓潤滑問題，本質上是聯立 Reynolds 方程、膜厚方程、潤滑油的黏壓與密壓方程、載荷方程求解方程組。由於這些方程均為非線性方程，難以獲取解析解，通常採用數值計算方法求解。具體步驟為先列出真空下微小型深溝球軸承潤滑的基本方程，再進行量綱一化以化簡方程，最後將方程離散化，為數值計算做好準備。

  (一)深溝球軸承潤滑的基本方程

  微小型高速深溝球軸承接觸形式為橢圓接觸，研究工況為等溫穩態條件，其中ρ為潤滑劑密度，η為潤滑劑黏度，p為接觸區壓力，h為潤滑油膜厚度，且ρ和η均是接觸區壓力p的函數，h與兩接觸體和接觸體間的彈性變形相關，該方程是高度非線性的二階偏微分方程。

  (二)深溝球軸承潤滑方程的量綱一化

  為減少方程變量數目、化簡方程並增強方程解的通用性，對上述方程進行量綱一化。

  (三)深溝球軸承潤滑方程的離散

  由於 Reynolds 方程是高度非線性的二階偏微分方程，屬於邊值問題，通過將偏微分或偏導數用差分形式代替進行方程離散，可簡化方程並加快數值分析計算速度。將量綱一化後的二階偏微分方程標準形式應用中差分公式，得到每個節點的變量pi,j與其相鄰節點變量的關係。

  三、深溝球軸承潤滑性能的計算結果

  (一)深溝球軸承的膜厚圖和壓力分布

  程序運行數據經 Matlab 處理後，得到轉速為72000r/min時的膜厚圖和壓力分布圖。從圖中可以直觀地觀察到深溝球軸承在該轉速下油膜厚度和壓力的分布情況，為深入分析其潤滑性能提供了可視化依據。

  (二)不同轉速下深溝球軸承的最小膜厚與中心膜厚

  修改程序，帶入不同速度參數，求得深溝球軸承在不同轉速下的最小膜厚與中心膜厚，並與用 Homrock - Dowson 公式計算出的結果進行對比。結果顯示，當轉速較高時，通過程序得到的最小膜厚與公式計算的最小膜厚相當吻合，且隨著軸承轉速加快，形成的潤滑油膜變厚，但膜厚增厚程度逐漸降低，當達到一定值時膜厚增加量極小。

  總結

  通過對高真空環境下高速深溝球軸承潤滑性能的研究，採用直接疊代法求解等溫彈流潤滑方程組，利用編程計算得出了深溝球軸承在高速狀態下滾動體與滾道之間的油膜壓力和油膜厚度分布。研究發現，轉速對深溝球軸承的膜厚影響顯著，轉速增加時膜厚先緩慢增加後趨於平穩，這一結果對於預防軸承出現混合潤滑導致的磨損和膠合失效具有重要意義。同時，研究結果也為純滾動下陶瓷球與鋼圈微小型高速深溝球軸承疲勞性能試驗提供了一定依據。然而，實際工況中軸承運轉一段時間後會出現乏油潤滑狀態，這表明深溝球軸承潤滑性能研究仍有進一步拓展的空間。未來，深入探究軸承運轉狀態對其疲勞磨損的影響，將有助於推動深溝球軸承行業在高真空等特殊工況下的技術發展，滿足工業領域日益增長的高精度、高可靠性需求。