自润滑关节轴承摩擦磨损性能的研究进展

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。文献 [ 6] 也说明了这一点 , 研究者分别用 2
种进口 PTFE 编制物、 1 种国产编织物和 1 种 PTFE 铜网材料的 自润滑 关节轴承 进行摩 擦性能 的试 验 , 其结果如图 2 所示。虽然研究者在衬垫材料 方面进行了一些研究 , 但是如何能够使其摩擦系 数稳定在较小值还有待进一步探讨。
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∀轴承 # 2008 . ∃ . 11
损 , 其中载荷为 40 kN 时 , 衬垫已发 生开裂, 并有 [ 9] 块状衬垫从外圈脱落 , 磨损最为严重 。
动运动, 其载荷的变化会对其摩擦磨损机理产 生 很大影响。文献 [ 9]研究表明, 当载荷由 20 kN 增 大至 40 kN 时, PT FE /铜 网复合 材料衬垫自润 滑 关节轴承摩擦系数 和线磨损量均有所增大 , 摩 擦 状态也发生了变化。 30 k N 时的摩擦系数在开始 阶段低于 20 kN 时的摩擦系数 , 但摆动至 2 700 次 左右时, 又高于 20 k N 时的摩擦系数, 并呈逐渐增 加的趋势 , 伴随摆动过程中有大量黑色絮状磨 屑 排出 , 与之对应 的线磨损量也快速上升。此时 可 能因为衬垫表面塑 料层的剥落, 使摩擦磨损发 生 在内圈和衬垫基体 铜网之间, 这也预示轴承已 进 入磨损加剧阶段。当载荷增大到 40 kN 时, 摩 擦 系数明显增加且有 较大的波动, 上升幅度也明 显 加快 , 且摆动过程中磨屑形态由 20 kN 和 30 kN 时 的絮状变成黑色粉 末状并夹杂有铜粉颗粒 , 说 明 摩擦界面的润滑状 态发生了较大的变化, 由原 来 的自润滑状态转变成内圈与衬垫基体铜网间的干 摩擦状态。说明 40 kN 载荷已达到或超过该衬垫 关节轴承的承载极限。 文献 [ 11]研究表明 PTFE 铜填充衬垫材料的 干滑动轴承在相同的速度条件下 , 当压力增加时 , 摩擦系数也缓慢降低, 运行到 33 h 以后摩擦系数 趋于恒定 , 磨损量与速度成比例逐渐上升, 当运行 到 5~ 12 h 时磨损量也趋于恒定值。在运动过程 中, 磨损量的增加主要取决于压力的增大, 是速度 增大的 1 . 4 倍。 综上所述 , 不同 载荷条件下的自润滑关节 轴 承的衬垫材料表现 出不同的摩擦磨损机理 , 但 是 由于受到速度的限制 , 在高速、 高载下的自润滑关 节轴承的摩擦磨损 机理没有报道, 而且施加的 载 荷也并没有真正达到其相对应的动载荷值。 2 . 3 衬垫材料 衬垫与轴承的内、 外圈相互接触并作相对 滑 动时 , 组织和性能发生剧烈变化, 各种结构的材料 表现出不同的摩擦磨损行为。研究不同轴承衬垫 材料的摩擦磨损规 律, 选取合适的衬垫材料是 提 高自润滑关节轴承使用寿命的关键。 2 . 3 . 1 PTFE 复合材料 许多学者研究表明 , 在干摩擦条件下复合 材 料主要发生粘着磨损和磨粒磨损。不同种类的填 料对 PTFE 复合材料的摩擦学性能影响有着很大
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本文综述了近年来关于自润滑关节轴承摩擦 磨损行为的研究成果 , 对自润滑关节轴承的摩擦 磨损机理进行了评述 , 分析了环境温度、 速度、 载 荷以及材料组分对自润滑关节轴承摩擦磨损性能 的影响 , 指出了关节 轴承试验机的发展对自润滑 关节轴承摩擦磨损研究发展的促 进作用, 并探讨 了自润滑关节轴承摩擦学研究中 存在的问题, 提 出了今后的研究方向。
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与此同时 , 由于航空、 铁路和其他军工领域对 高质量自润滑关节轴承需求量的 逐渐增加, 对自 润滑关节轴承的可靠性和使用寿命要求也越来越 高。如运用在飞机起落架、 机翼、 螺旋桨等部位的 传动、 操纵系统中, 铁道机车 和车辆的刹车制动、 减振平衡系统中 , 卫星地面接收设备中, 火箭发射 架及其他军事工程中的自润滑关 节轴承, 在工作 时 , 承受摆动、 大扭矩的作用 , 容易造成内外圈配 合面间隙增大和摩擦系数升高 , 甚至出现卡死等 现象。而运用在这些系统里的自润滑关节轴承若 摩擦磨损失效将会导致灾难性后果。为了解决摆 动条件下自润滑关节轴承性能的 稳定性问题, 国 内、 外广泛开展了对 自润滑关节轴承的摩擦学性 能以及评价方法和试验设备的研究
Hale Waihona Puke 2 影响自润滑关节轴承摩擦磨损性 能的因素
自润滑 关节轴 承的磨损 包括了 多种磨 损形 式 , 影响因素 也有多种, 其中包括环 境温度、 摩擦 表面温度、 速度、 载荷以及关 节轴承的衬垫材料, 这些都对自润滑关节轴承摩擦磨损性能有着重大 影响。而环境温度对于自润滑关节轴承有着很大 的影响 , 但是对于这方面的基础性研究目前较少。 2 . 1 速度 由于关节轴承特殊的摆动运动形式 , 摆动频 率影响自润滑关节轴承的摩擦磨损性能。在环境 温度、 载荷、 摆角等参数相同的情况 下, 选择不同 的 3 个摆动频率进行试验 , 如图 3 所示。图中表 明 , 摆动频率为 P 1 和 P 2 时, 摩擦系数较为接近, 但 P 2 的摩擦系数略高于 P 1, 且在摆动至 800 次左 右时, 摩擦系数出现一个波峰, 这可能与先前形成 的转移膜和自由磨屑受挤压作用排出摩擦面有关 ( 因为对应的磨损曲线中磨损量略有上升 ) 。此时 由于粘着剪切作用形成了新的转 移膜, 粘着过程 使得摩擦力增大 , 而 新的转移膜作为第三体在摩 擦界面起减摩作用使摩擦力减小并趋于稳定。波 峰的形成也可能与轴承衬垫质量 有关, 或与摩擦 界面有第三体的硬质颗粒如从衬垫上被磨下的铜 颗粒介入有关, 随着摩擦过程进行 , 铜颗粒被挤入 衬垫表面或排出摩擦面 , 摩擦系数渐趋于减小和 稳定。当摆动频率为 P 3 时, 摩擦系数一直处于较 大的值 , 即 0 . 1 左右 , 高于 P 1 时的 0 . 064 和 P 2 时 的 0. 071 。总的来说, 随着摆动频率的提高, 自润 滑关节轴承的摩擦系数和磨损率均逐渐增高
洛阳
471003)
摘要 : 综述近 10 年来国内、 外对自润滑关节轴承摩擦磨损行为的研究成果 , 总结了不同条件下 材料的摩 擦磨损 机理 , 对影响自润滑关节轴承摩擦磨损性能的因素进行了分析 , 并提出了对其研究中存在的问题及研究方向。 关键词 : 自润滑关节轴承 ; 摩擦 ; 磨损 ; 摆动 中图分类号 : TH 133 . 31 文献标志码 : B 文章编号 : 1000- 3762( 2008) 11- 0038- 05
R esearch P rogress on Friction andW ear P roperties of Self lubrication Spherical Bearings
YAO Sheng- jun , Q IU M in g , ZHANG Yong- zhen
a a b
( a . Schoo l o fM echatron ics Eng ineer ing ; b. Schoo l o fM ater ia ls Science and Eng ineer ing , H enan U niversity of Science & T echno logy , Luoyang 471003, China) Abstrac t : The tr ibo log ica l perfo r m ance of se lf lubrication spher ica l bear ing investigated by num erous studies in recent ten years is rev ie w ed. F r iction and w ear mechan ism s of differentm a terials are d iscussed. T he effects of speed, lo ad and d ifferen t liner m ater ia l on the tr ibo log ica l properties are ana lyzed. T he prob lem s of friction and w ear properties are pro posed tha tm ay ex ist in self lubr ication spher ica l bear ing. It is sugg ested that h igh speed, heavy load and ther m al be hav ior are the future resea rch topics in self lubrication spher ica l bear ing . K ey word s : self lubr ication spher ica l bear ing; fr iction; w ear ; oscillation
(编辑 : 张 旭)
图 6 工艺资源管理
提高了工作效率、 全面提升了工艺设计管理水平; 而且实施效率高 , 维护有保证。
姚圣军等 : 自润滑关节轴承摩擦磨损性能的研究进展
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6 大类型, 结构形式也由过去的 2种发展到现在的 近 50种 , 累计生产品种规格 3 000 多个, 已形成年 产 1 000 万套的生产能力, 且产品的技术和质量始 终紧跟国外先进水平 , 出口量逐年增长
收稿日期 : 2008- 04- 20; 修回日期 : 2008- 05- 27 基金项目 : 河南省高校科技创新人才支持计划项目 作者简介 : 姚圣军 ( 1979- ), 男 , 在读研究生。 E ma i: l ysjgong @ sina . com。
随着关节轴承 需求量在国内的迅速增加 , 不 但大型轴承企业继续保持甚至扩大关节轴承的生 产能力, 而且许多小型企业也开始制造关节轴承 , 产品 类型已由过去单 一的向心型发 展到现在 的 ( 2 )轴承工艺设计模块有效地将设计人员从 查询、 计算复杂公式等繁琐工作中解脱出来, 将更 多精力投入工艺创新设计中, 提高了工作效率。 ( 3 )系统集成轴承的产品设计、 工艺设计、 设 计知识管理 , 使用户在 PDM 环境下直接面对轴承 设计、 设计结果自动在 PDM 中管理, 工艺设计 直 接利用产品设计数据 , 为产品设计、 工艺设计和产 品数据管理提供统一的运行平台。 ( 4 )实现优化的产品开发模式和流程 , 产品数 据的统一管理与共享 , 设计知识的积累和重用 , 缩 短产品开发周期, 快速响应客户请求 , 增强企业的 核心竞争力。