本文将系统梳理高速滚动轴承打滑问题的研究现状与关键进展，结合动力学理论与试验方法，为解决航空发动机等极端工况下的轴承失效提供了重要参考。以下是该研究的核心内容与创新点：

一、打滑机理与失效危害

打滑定义与本质

高速滚动轴承在轻载或润滑不足时，滚动体与滚道间的牵引力无法克服阻力（如润滑剂黏滞力、保持架惯性力），导致滚动体转速低于理论值，出现宏观滑动现象。打滑引发的摩擦热会破坏油膜，造成滚道擦伤、磨损甚至烧伤，占航空发动机轴承失效案例的 36.93%。

典型失效形式

陀螺滑动：球轴承因陀螺力矩与接触摩擦力矩失衡，产生垂直于滚动方向的滑动。

拖动滑动：高速轻载时，离心力使内圈接触载荷降低，滚动体被保持架拖拽产生轴向滑动。

瞬时滑动：联合载荷或变速工况下，接触载荷突变引发瞬时冲击滑移。

二、动力学理论模型发展

国外研究奠基

GUPTA 模型：1979 年提出球轴承与圆柱滚子轴承动力学模型，引入弹流润滑牵引系数，开发 ADORE 程序模拟复杂工况下的打滑行为。

SEPDYN 软件：通过极坐标系简化运动方程，缩短计算时间，适用于工程应用。

国内研究突破

热弹流耦合模型：史修江等建立考虑热效应与非牛顿流体的热弹流润滑模型，实现动力学与润滑分析的迭代求解，提高航空发动机主轴轴承动态性能预测精度。

热流固耦合模型：高帅等构建五层循环结构模型，耦合温度场、流场与固体变形，模拟角接触球轴承在高速下的热弹性行为。

非线性动力学模型：涂文兵等通过弹簧模拟滚动体与保持架碰撞，揭示径向游隙、保持架间隙等非线性因素对打滑的影响。

模型局限性

现有模型普遍忽略轴承温度场与内部流场耦合，且牵引系数多采用简化曲线，导致高速工况下的打滑预测精度受限。

三、试验方法与监测技术

打滑率测量

电容传感器法：在保持架侧梁安装凸耳，通过电容信号周期性变化计算保持架实际转速，结合理论转速得出打滑率。

多传感器融合：结合电涡流位移传感器、振动加速度传感器，实时监测轴承振动与位移，辅助判断打滑状态。

试验台设计创新

多参数可调系统：西安交通大学研发的试验台可模拟变转速（0-30000r/min）、变载荷（轴向 / 径向 10kN）、变润滑（油温 0-200℃）等工况，支持多轴承耦合打滑研究。

临界转速匹配：通过改变支承刚度调整试验台模态参数，使其动力学特性与真实高速机械一致。

四、关键影响因素分析

工况参数

转速与载荷：转速越高，离心力越大，内圈接触载荷降低，打滑风险增加；径向载荷可通过增大接触应力抑制打滑，但超过临界值后效果减弱。

润滑条件：润滑油黏度越高，黏滞阻力越大，但过高黏度会加剧搅油功耗；环下润滑因冷却效果好、耗油量少，成为优选方案。

结构参数

径向游隙：游隙过大导致载荷分布不均，游隙过小则加剧热膨胀风险，需通过优化设计平衡。

保持架材料：轻质材料（如锡磷青铜）可降低惯性力，减少打滑引发的冲击。

五、打滑抑制与预防措施

设计优化

预紧力匹配：基于 Hirano 准则，通过轴向预紧力补偿离心力，防止球轴承陀螺滑动。例如，7000C 角接触球轴承在 2000N 径向载荷下，20000-70000r/min 转速范围内可完全避免打滑。

非圆滚子设计：普惠公司 JT 系列发动机采用椭圆滚子轴承，通过附加载荷抑制轻载打滑。

润滑改进

油气润滑：替代传统喷射润滑，减少搅油损耗，同时提高散热效率。

润滑剂改性：添加纳米颗粒或极压添加剂，增强油膜承载能力与抗磨性能。

监测与控制

实时监测装置：开发基于传感器的打滑率监测系统，结合神经网络算法实现早期预警。

主动预紧技术：通过电液伺服系统动态调整预紧力，适应变工况需求。

六、未来研究方向

理论模型深化

建立热弹流润滑 - 温度场 - 结构变形耦合的多物理场模型，提升高速轻载工况下的预测精度。

开发适用于工程的简化预测方法，降低对复杂参数输入的依赖。

试验技术革新

研究轴承腔内润滑油分布可视化技术，揭示油膜破裂与再生机制。

结合数字孪生技术，构建虚拟试验平台，模拟极端工况下的打滑行为。

材料与工艺突破

探索陶瓷轴承、涂层技术等新材料，提高抗打滑与耐磨性能。

优化保持架制造工艺，降低质量与惯性力，如采用空心滚子或碳纤维增强材料。

七、行业应用与案例

航空发动机

罗尔斯