提高了工作效率 、 全方面提升了工艺设计管理上的水准 ; 而且实施效率高 , 维护有保证 。

  (河南科技大学 a. 机电工程学院 ; b. 材料科学与工程学院 ,河南 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 : TH133. 31 文献标志码 : B 文章编号 : 1000 - 3762 ( 2008 ) 11 - 0038 - 05

  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常规使用的寿命要求也慢慢变得 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 ,卫星地面接收设施中 , 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 , 易引起内外圈配 合面间隙增大和摩擦系数升高 , 甚至会出现卡死等 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 。未解决摆 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

  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 , 这中间还包括环境和温度 、 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 。而环境和温度对于自润滑关节轴承有着非常大 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 P1 和 P2 时 , 摩擦系数较为接近 , 但 P2 的摩擦系数略高于 P1 ,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 P3 时 , 摩擦系数一直处于较 大的值 , 即 0. 1 左右 , 高于 P1 时的 0. 064 和 P2 时 的 0. 071。总的来说 , 随着摆动频率的提高 , 自润 [ 10 ] 滑关节轴承的摩擦系数和磨损率均逐渐增高 。 而摆频超过 1 Hz的自润滑关节轴承摩擦磨损性能 的研究尚未见报道 。

  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 , 分析了环境和温度 、 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推动作用 , 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 。

  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 终紧跟国外领先水平 ,出口量逐年增长

  损 ,其中载荷为 40 kN 时 , 衬垫已发生开裂 , 并有 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 特别大的影响 。文献 [ 9 ]研究表明 ,当载荷由 20 kN 增 大至 40 kN 时 , PTFE /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 kN 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 kN 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 系数显著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 ,磨损量的增加主要根据压力的增大 , 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 。

  。 随着关节轴承的持续不断的发展 , 其磨损机理和形 式也发生着改变 。在工作过程中 , 一般润滑的关 节轴承由于内 、 外圈的相对滑动 , 从而引起轴承工 作表面层材料不断损失 , 导致轴承异常工作 。 主要磨损形式有粘着磨损 、 磨粒磨损和腐蚀磨损 3 种类型 。文献 [ 7 ]研究了自润滑关节轴承的磨损 , 工作中由于衬垫与内 、 外圈的相对滑动 , 从而引起 衬垫的脱落 、 撕裂 、 挤出等失效形式 , 导致轴承不 能正常工作 。如在承载应力 p = 135 MPa、 摆动频率 为 5. 3 次 /m in、 摆角为 ± ° 30 、 摩擦行程为 2 800 m 条件下对 PTFE编织复合材料的关节轴承进行磨损 试验 。随着轴承的旋转 , 自润滑向心关节轴承外 圈内球面的 PTFE 自润滑复合材料在内 、 外圈球面 之间形成转移膜 ,减小了接触面的剪切强度 , 使内 球面的微突体对复合材料润滑层的擦伤作用明显 得到抑制和减轻 。此时摩擦副之间的接触表现为 转移膜同内圈外球面之间的接触 , 这种接触减轻 了轴承转动时的摩擦阻力 , 从而明显降低球面间 的摩擦系数 。在磨损过程中 , 转移膜不断被挤出 , 自润滑层不断减薄 , 导致轴承磨损深度增大 。由 此可见 , 轴 承 失 效 的 原 因 在 于 其 在 摆 动 过 程 中 PTFE 不断被挤出 ,自润滑功能下降 ,最后导致编织 [8] 基体材料发生磨损 。 PTFE 铜网复合材料的自 润滑关节轴承在载荷为 20 ～30 kN 时 , 衬垫有不 同程度的裂纹产生 , 这表明发生了不同程度的磨

  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 ) 实现优化的产品研究开发模式和流程 , 产品数 据的统一管理与共享 , 设计知识的积累和重用 , 缩 短产品研究开发周期 , 快速响应客户请求 , 增强企业的 核心竞争力 。

  自润滑关节轴承是一种特殊的滑动轴承 , 其 摩擦机理与其他关节轴承有显著不同 , 摩擦力主 要取决于径向载荷 、 摆动频率 、 摆动次数 、 摆动角 度、 接触面温度和表面粗糙度等因素 。一般关节 轴承在运动时内 、 外圈相对滑动而产生摩擦 , 其摩 擦力较大 ; 而自润滑关节轴承在运动时则为衬垫 层与内圈或外圈相对滑动下产生摩擦 , 其摩擦系 数较小 。研究表明 , 在相同的条件下不一样的材料自 润滑关节轴承的摩擦系数有明显差别 , 如图 1 所 [5] 示 。文献 [ 6 ]也说明了这一点 , 研究者分别用 2 种进口 PTFE 编制物 、 种国产编织物和 1 种 PTFE 1 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 方面做了一些研究 , 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 。