随着工业技术的飞速发展，深沟球轴承在机械传动领域的应用愈发广泛。在2025年，深沟球轴承行业呈现出向高精度、高转速、高可靠性方向发展的趋势，尤其在一些特殊工况如高真空环境下，对深沟球轴承的性能要求更为严苛。其中，润滑性能作为影响深沟球轴承工作状态和寿命的关键因素，成为行业研究的重点方向。深入探究高真空环境下高速深沟球轴承的润滑性能，对于提升相关设备的运行效率和稳定性，推动深沟球轴承行业的技术进步具有重要意义。
《2025-2030年中国深沟球轴承行业发展趋势分析与未来投资研究报告》指出，在微小型高速深沟球轴承中，滚动体为球体，滚道由两圆弧面构成曲面，二者形成的运动副属于高副，呈现点接触的特性。并且当微小型高速深沟球轴承达到额定转速时，传热状态会达到动态平衡，轴承腔内温度基本保持稳定，处于等温稳态运转状态。因此，针对微小型高速深沟球轴承在高速轻载工况下的弹流润滑计算，采用等温点接触模型。
选用德国 GRW 的高速深沟混合陶瓷球轴承，其尺寸较小，但极限转速高、疲劳寿命良好，是分子泵的理想支撑部件。该轴承的材料参数和尺寸参数具体如下：轴承材料方面，外圈和内圈分别为 100Gr3 和 100Gr6，滚动体为 Si3N4，保持架为 Torlon;其弹性模量外圈和内圈均为 207，滚动体为 320，保持架为 316;泊松比外圈和内圈为 0.29，滚动体为 0.288，保持架为 0.45;密度外圈和内圈为 7810，滚动体为 2600，保持架为 1420。轴承尺寸上，外圈内径 5.00mm，外圈外径 8.00mm，内圈外径 4.00mm，内圈内径 2.00mm，宽度 2.381mm，滚动体直径 1.200mm，接触椭圆长半轴 1.200mm，短半轴 0.600mm 。
对于等温条件下弹性流体动压润滑问题，本质上是联立 Reynolds 方程、膜厚方程、润滑油的黏压与密压方程、载荷方程求解方程组。由于这些方程均为非线性方程，难以获取解析解，通常采用数值计算方法求解。具体步骤为先列出真空下微小型深沟球轴承润滑的基本方程，再进行量纲一化以化简方程，最后将方程离散化，为数值计算做好准备。
微小型高速深沟球轴承接触形式为椭圆接触，研究工况为等温稳态条件，其中ρ为润滑剂密度，η为润滑剂黏度，p为接触区压力，h为润滑油膜厚度，且ρ和η均是接触区压力p的函数，h与两接触体和接触体间的弹性变形相关，该方程是高度非线性的二阶偏微分方程。
为减少方程变量数目、化简方程并增强方程解的通用性，对上述方程进行量纲一化。
由于 Reynolds 方程是高度非线性的二阶偏微分方程，属于边值问题，通过将偏微分或偏导数用差分形式代替进行方程离散，可简化方程并加快数值分析计算速度。将量纲一化后的二阶偏微分方程标准形式应用中差分公式，得到每个节点的变量pi,j与其相邻节点变量的关系。
程序运行数据经 Matlab 处理后，得到转速为72000r/min时的膜厚图和压力分布图。从图中可以直观地观察到深沟球轴承在该转速下油膜厚度和压力的分布情况，为深入分析其润滑性能提供了可视化依据。
修改程序，带入不同速度参数，求得深沟球轴承在不同转速下的最小膜厚与中心膜厚，并与用 Homrock - Dowson 公式计算出的结果进行对比。结果显示，当转速较高时，通过程序得到的最小膜厚与公式计算的最小膜厚相当吻合，且随着轴承转速加快，形成的润滑油膜变厚，但膜厚增厚程度逐渐降低，当达到一定值时膜厚增加量极小。
通过对高真空环境下高速深沟球轴承润滑性能的研究，采用直接迭代法求解等温弹流润滑方程组，利用编程计算得出了深沟球轴承在高速状态下滚动体与滚道之间的油膜压力和油膜厚度分布。研究发现，转速对深沟球轴承的膜厚影响显著，转速增加时膜厚先缓慢增加后趋于平稳，这一结果对于预防轴承出现混合润滑导致的磨损和胶合失效具有重要意义。同时，研究结果也为纯滚动下陶瓷球与钢圈微小型高速深沟球轴承疲劳性能试验提供了一定依据。然而，实际工况中轴承运转一段时间后会出现乏油润滑状态，这表明深沟球轴承润滑性能研究仍有进一步拓展的空间。未来，深入探究轴承运转状态对其疲劳磨损的影响，将有助于推动深沟球轴承行业在高真空等特殊工况下的技术发展，满足工业领域日益增长的高精度、高可靠性需求。
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