混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究Ⅱ．滚珠轴承的运行和润滑试验

混合式陶瓷轴承的性能优异，是一种应用前景十分广阔的新型高速轴承。但是，目前对其研究还不够充分，特别在这种轴承的润滑试验研究方面几乎还是个空白，因此，对混合式陶瓷轴承进行了运行和润滑试验，并且利用扫描电子显微镜对试验后的陶瓷球表面进行了观察。在同种润滑剂润滑下的温升对比试验表明，陶瓷球轴承的温升比钢球轴承的低，可见前者的高速运行性能比后者的好；在其它试验条件相同的情况下，利用２０＃机械油和含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油等６种润滑剂分别进行的润滑试验表明，润滑剂的粘度越大，陶瓷球轴承的温升越高；纯水对陶瓷球轴承的润滑性能良好，利用其润滑时的轴承温升很低。这种结果除与水的粘度非常低有关以外，还同Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与水发生的摩擦化学反应有关。扫描电子显微镜观察发现，在含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油润滑下，试验后的个别陶瓷球表面有相当深的麻坑出现，这是陶瓷球毛坯内部气孔等缺陷经过金刚石微粉“抛光”作用而显露出来的结果。     

表面涂敷聚四氟乙烯固体润滑薄膜的混合式陶瓷球轴承与全钢轴承性能对比分析

以受轴向载荷的三点接触球轴承为研究对象，采用Heathcote轴承滚动滑动理论，计算了轴承球与套圈之间的表面滑动，并根据固体表面受力变形，计算了固体薄膜润滑情况下轴承球与滚道间的牵引力，对比分析了混合式陶瓷球轴承和全钢轴承在高速下产生的热量、表面剪应力、旋滚比以及接触角等重要轴承性能参数．结果表明：在PTFE固体薄膜润滑下，陶瓷球轴承在40 000r／min、3000N载荷下所产生的热量仅为钢轴承的62．6％，旋滚比为钢轴承的18％．试验结果对特殊工况下陶瓷球轴承的设计和应用具有参考价值．     

MoS2基复合薄膜润滑球轴承在真空环境下的摩擦性能研究

分析了MoS2基复合薄膜润滑球轴承的润滑机制,研究了MoS2基复合薄膜润滑深沟球轴承在不同真空度下的摩擦力矩,在真空度4×10^-4Pa条件下,对空间光学调制器支撑轴承进行1 a的工程试验,并采用扫描电子显微镜和能量色散谱仪分析轴承表面及工作区的形貌及其成分.结果表明：在4×10^-4Pa下,轴承的摩擦力矩随转速增加而趋于稳定;空间光学调制器中MoS2基复合薄膜润滑球轴承在工作区内生成了转移膜,使得轴承的摩擦力矩变小,并实现了108量级的转动圈数.由此证明MoS2基复合薄膜润滑球轴承适用于真空环境中.     

精密角接触球轴承的固体润滑失效分析

角接触球轴承是航天器的许多重要功能的实施部件，因而对其润滑性能的要求极为严格，迫切需要弄清其润滑失效机理。因此，对ＭｏＳ２溅射膜润滑的Ｃ６２０５球轴承进行了寿命试验，进而对经过丙酮超声清洗的各元件工作面的形貌和组成作了系统分析。     

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究：I.制备陶瓷球最佳工艺？…

为了加速航空发动机技术的发展，研制混合式陶瓷轴承是一个值得重视的研究方向，研究这种轴承的关键在于陶瓷球的高效高精度加工，在这方面，常规的磨削加工方法很难满足实用要求，因此，利用一种新的磁流体研磨法加工Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球，首先对这种方法的基本原理与装置和研磨实验条件与方法作了简要阐述，进而通过一系列的试验研究，考察了将Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球毛坯研磨成成品球的研磨效率分别随驱动轴转动速度，加工载荷和磨粒粒径等     

氯苯基硅油润滑球轴承在真空环境下摩擦性能与泄漏量研究

阐明氯苯基硅油润滑球轴承的润滑机理,对不同真空度和转速下的轴承摩擦力矩进行研究.在真空度3×10 ^-5Pa条件下,选用FY-3卫星“紫外臭氧垂直探测仪”光学调制器电机样机和进口电机进行8个月工程试验后,利用高倍显微镜分析试验轴承表观状态,并分析氯苯基硅油的泄漏量.结果表明:在3×10^-5Pa下,所用试验轴承的摩擦力矩值随着转速的增大而趋向稳定;氯苯基硅油润滑球轴承摩擦力矩的变化量为9.8×10^-4Nm,小于采用Maplub101润滑的进口电机轴承摩擦力矩变化量;试验期间氯苯基硅油的泄漏量为1.92mg,证明采用氯苯基硅油润滑适合光学调制器在真空环境下长期运转     

姿控飞轮用陶瓷球轴承失效特性分析

通过氮化硅陶瓷球混合轴承和钢球轴承在干摩擦条件下的高速(5000r/min)运转试验,对比分析了电机驱动电流的变化特性和轴承运行噪声等指标,利用立体显微镜、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪等分析混合陶瓷球轴承摩擦副的表面形貌,分析陶瓷球轴承的失效特征及其在无润滑条件下的长时间稳定运行机制.结果表明:陶瓷球轴承在临界失效阶段的电机驱动电流波动比普通钢制轴承小,在进入严重失效前可持续运行5h,比普通钢制轴承的运行时间长得多;陶瓷球以表面裂纹和表层剥离为主要破坏机制,滚道破坏机制主要表现为疲劳裂纹、点蚀及犁痕等多种形式;在运转过程中,陶瓷球轴承脱落的片状磨屑因脆性易形成微球体而被排出摩擦工作区,延迟了出现轴承运行卡死等现象.由于氮化硅陶瓷球混合轴承摩擦副的不同材质特性和损伤方式,使得其临界失效性能优于普通钢制轴承.     

混合式陶瓷球轴承在液氮中的摩擦学性能研究

研究了由ＳｉａｌｏｎＳｉ３Ｎ４陶瓷球,９Ｃｒ１８内外环以及由ＰＴＦＥ和玻璃纤维制成的保持架组合成的混合式陶瓷球轴承在液氮气氛和重负荷条件下的摩擦磨损性能,结果表明,通过９０ｍｉｎ的－１９６℃超低温台架试验后,混合式陶瓷球轴承仍可以正常工作,对试验后的陶瓷球进行显微镜观察未发现大面积的接触疲劳破坏,但在内外环滚道表面有轻微疲坑,混合式陶瓷球轴承的摩擦功耗明显低于钢制球轴承。     

大型球轴承摩擦力矩试验台的研制及其实用性能的试验研究

为了研究大型轴承的摩擦性能，研制了一种可以测量外径２００～１５００ｍｍ球轴承的启动力矩、运转平均力矩、最大力矩和力矩变化幅值的大型轴承摩擦力矩试验台．这种试验台可以模拟轴承的启动角加速度、转动速度、预负荷和轴向工作负荷等．在此试验台上，对大型角接触球轴承成对预紧时的摩擦力矩与预紧量之间的关系进行了试验研究，并且根据试验结果，提出了一种适用于轴承外径２００～５００ｍｍ，转动速度低于３０ｒ／ｍｉｎ时计算摩擦力矩的经验公式．     

环面节流静压气体球轴承的相似准则

从静压气体润滑基本控制方程组的无量纲化着手,在详细分析静压气体轴承的耦合边界条件及非定常雷诺气体润滑方程特性的基础上,对Constantinescu给出的动压气体轴承相似准则进行补充,得到环面节流静压气体球轴承定常气体润滑膜及非定常气体润滑膜的相似准则.数值实验的结果表明:数值计算结果与相似理论分析结论完全一致;当其它参数不变时,不同球半径的2个球轴承的气膜流场相似;球半径改变对轴承动静态性能的影响可以利用相似理论进行分析.     

润滑对球轴承振动特性的影响

采用专门设计制作的试验轴承和微机数字式振动测量分析系统，研究了润滑对中心轴向载荷作用下深沟球轴承振动和噪声的幅值及频率特性的影响．结果表明：充分润滑能够有效地降低轴承的振动和噪声水平；润滑不充分或润滑剂不清洁可使振动和噪声加剧，诱发接触谐振和啸声，并使接触表面产生轻微损伤；无润滑时轴承振动急剧增高，并造成磨损失效；同时，润滑油膜的“刚化效应”使轴承弹性接触振动的固有频率提高．     

考虑动力学特性的航空发动机主轴球轴承热弹流分析

本文中以476728航空发动机主轴球轴承高速重载典型工况为算例,提出一种将轴承动力学分析和热弹流润滑分析相集成的数值算法,打破传统分析中二者在各自领域独立进行的局限性,提高了轴承数值计算的精确度.对比了传统拟动力学分析、集成分析和实验实测的最小膜厚,结果表明:集成分析结果与试验获得数据更为一致,证明本文的算法可行,能够更为准确地判断航空发动机主轴球轴承的润滑状态.探讨了航空发动机主轴球轴承结构参数曲率系数、初始接触角和滚动体数目对轴承接触应力、相对滑动速度、弹流润滑膜压力、膜厚和温度性能的影响,为航空发动机主轴球轴承的结构设计及优化提供重要理论依据.     

尼龙自润滑性与表面织构协同作用对HDPE基水润滑轴承摩擦磨损性能的影响

传统的船舶尾轴油润滑轴承的润滑油泄露造成了严重的海洋污染,逐渐被水润滑轴承取代,但水较差的承载能力要求水润滑轴承具有良好的减磨耐磨性能. 通过HDPE与PA66的共混材料研究尼龙润滑填料和表面织构协同作用对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响,利用超景深三维显微系统测量共混材料试样浸泡后的表面纹理结构,利用CBZ-1摩擦磨损试验机对试样进行摩擦试验并记录摩擦系数,利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)观察试样磨损形貌并分析其磨损机理. 试验表明:PA66的添加能优化共混材料的摩擦学性能. PA66的水溶胀性使共混材料表面形成微凸织构,降低摩擦系数和减轻表面磨损;PA66的存在可使共混材料在摩擦过程中在对摩铜盘表面形成转移膜,有效保护摩擦副表面,减轻磨损.      

考虑滚道波纹度的推力球轴承油膜的测量与计算

使用能够模拟推力球轴承工作的光干涉油膜测量系统,在静态时基于Hertz接触理论测量得到了该轴承座圈滚道的波纹度变化,并测量了轴承工作一周的油膜变化情况.依据试验参数进行了钢球与玻璃盘接触以及钢球与座圈滚道接触的弹性流体动压润滑（EHL）数值分析.试验和理论分析均较好地验证了表面波纹度对润滑状态的影响,发现推力球轴承运动时油膜的变化和滚道的表面波纹度密切相关.     

几种PTFE基自润滑复合材料轴承在油润滑条件下的摩擦学特性

本文利用MPV-1500摩擦试验机对几种PTFE基自润滑复合材料轴承在干摩擦和20~#机械油润滑下的摩擦学性能进行了系统研究,发现其在20~#机械油润滑下的摩擦系数和磨损量都比干摩擦下的低1—2个数量级,并可使其极限PV值提高1—2个数量级。在所研究的几种PTFE基自润滑复合材料轴承中,钢背-青铜粉-(PTFE+Pb)复合材料非标准轴承E_2在一次性加油润滑和滴油润滑下的极限PV值分别大于120MPa·m/s和135MPa·m/s,是常用巴氏合金轴承在同样润滑条件下极限PV值的数倍,而且它的摩擦学性能良好,故其是一种具有广泛应用前景的高PV值滑动轴承。     

船舶水润滑尾轴承当量半径等效计算及其摩擦学性能研究

水润滑尾轴承摩擦磨损性能是影响船舶工作性能的主要因素之一,合理预测水润滑尾轴承工作过程中的摩擦系数对其性能评估具有重要意义.目前对于水润滑尾轴承摩擦系数的理论计算公式已经存在.但由于销盘试验下无法有效获取当量半径,公式在销盘试验条件下的实用性不佳.对此在总结了边界润滑条件下,水润滑尾轴承摩擦机理的基础上,通过在CBZ-1销盘试验机上进行大量试验来进行当量半径等效参数计算公式的总结与摩擦系数经验公式的验证.研究结果表明:(a)在使用理论摩擦系数计算公式的前提下,当量半径等效参数公式拟合合理,具备较高准确性;(b)试验材料的理论摩擦系数与实际摩擦系数误差较小,为同类型试验摩擦性能研究提供了理论与试验基础;(c)水润滑尾轴承材料在工作过程中的摩擦力来源主要分为滞后摩擦力、犁沟摩擦力以及黏着摩擦力.当其处于边界润滑状态下时,滞后摩擦力为主要的摩擦力来源.该研究为水润滑尾轴承的等效当量半径在销盘试验条件下的应用提供了试验基础.     

永磁向心轴承承载能力与刚度的计算

目前，尽管磁浮轴承技术的研究与开发应用已经受到国内外学者的广泛重视，但在永磁向心轴承承载能力的研究方面，却还存在着两个尚待解决的问题：一是将环形磁体作为无限长条形磁体处理，二是只能对轴承承载能力进行估算。针对这种情况，根据等效磁荷理论，在圆环状态下对轴向控制的永磁向心轴承的承载能力和刚度进行了研究，建立了永磁向心轴承承载能力数学模型，并对其计算结果作了试验验证，同时还提出了利用刚度系数建立的可供工程设计应用的永磁轴承承载能力和刚度的计算公式。结果表明，承载能力的计算值与实测值相当吻合；在偏心距的实际应用范围内，永磁向心轴承的径向刚度是个常量；内外磁环的轴向位移对磁轴承的承载能力和刚度都有明显的影响．因此，为了最大限度地提高这种轴承的承载能力和刚度，就要在设计其结构的过程中注意尽力保证内外磁环轴向对齐。     

球轴承启停过程的瞬态热混合润滑分析

建立了角接触球轴承的几何和数学模型,通过求解考虑了热效应和时变效应的Reynolds方程,对启动和制动过程中的球轴承瞬态热混合润滑问题进行了分析,考虑了不同加速度启动工况下的瞬态热混合润滑情况.结果表明:启动过程中,随转动速度的增大,最小膜厚增大,轴承逐渐由边界润滑进入弹流润滑状态;不同滑滚比下进入弹流润滑状态的时间有所不同,随着滑滚比的增大,进入弹流润滑的时刻有所推迟,轴承处于同一转速条件下的油膜厚度变小;随着转速的增大,油膜温度升高,最高油膜温度增长幅度减小;加速度的增大使边界润滑消失的时间提前,随着转速的增加,油膜温度增大,且在同一时刻加速度越大油膜温度越高;油膜减小过程中的挤压膜作用导致轴承制动过程中的油膜厚度大于启动过程中的油膜厚度;由于在相同转速下轴承在启动时处于边界润滑状态,而在制动时处于弹流润滑状态,润滑状态的不同导致制动过程中的最高油膜温度较启动过程较小.     

高温高真空下自润滑保持架转移润滑的滚动轴承的设计

作者根据高温真空下自润滑保持架转移润滑的特点,论述了几种轴承结构类型及其主要参数设计时应考虑的因素和确定方法。从实践中作者认为,该类轴承采用单列向心推力球轴承或三点接触球轴承为宜。其游隙除工作游隙外,尚需考虑转移膜及其滞留松散磨屑所需之游隙。沟曲率应取较大值,保持架采用球引导方式为宜     

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究Ⅰ．制备陶瓷球最佳工艺参数的选择

为了加速航空发动机技术的发展，研制混合式陶瓷轴承是一个值得重视的研究方向。研制这种轴承的关键在于陶瓷球的高效高精度加工。在这方面，常规的磨削加工方法很难满足实用要求。因此，利用一种新的磁流体研磨法加工Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球，首先对这种方法的基本原理与装置和研磨试验条件与方法作了简要阐述，进而通过一系列的试验研究，考察了将Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球毛坯研磨成成品球的研磨效率分别随驱动轴转动速度、加工载荷和磨粒粒径等的变化规律，筛选出磁硫体研磨法加工氮化硅陶瓷球的最佳工艺参数：驱动轴转动速度为５０００ｒ／ｍｉｎ，加工载荷为２Ｎ，磨粒粒径为０．０４ｍｍ，研磨时间为５分钟。研究表明，磁流体研磨法加工陶瓷球的精度高，研磨效率是常规研磨法的近３０倍。研究结果在发展陶瓷材料的工程应用及其摩擦学研究方面，都具有良好的参考价值和实用价值。