微載荷含油軸承摩擦學性能研究.pdf

1、信息技術和微型機電設備中，含油軸承的應用日益廣泛。由于軸承結構的微小型化，工作載荷也趨向輕微，對軸承在微載荷下摩擦學特性的要求越來越高。微載荷下，結構，表面特性，載荷，速度和潤滑劑等引起的微小激勵都將使軸承的運轉狀態(tài)出現(xiàn)不穩(wěn)定。摩擦穩(wěn)定性已成為評價軸承性能的關鍵技術指標。通過理論分析和試驗研究，探討微載荷下含油軸承的摩擦學特性，從材料，結構，潤滑方面探索提高軸承摩擦性能的途徑，將豐富摩擦學的理論知識，并為滿足日益增長的含油軸承的工程應用

2、開拓途徑。 本文運用含油軸承潤滑理論和微載荷軸承摩擦試驗技術，研究了多孔質材料的仿生設計，潤滑特性的理論分析，微小摩擦量的檢測技術，從理論和試驗上全面揭示了微載荷下含油軸承的摩擦學特性和各種因素的影響規(guī)律。主要研究內容有： 1）含油軸承的潤滑機理：通過比較軸承潤滑分析的Darcy模型，Slip-Flow模型和Brinkman模型，闡明了含油軸承潤滑的物理過程，揭示影響軸承摩擦性能的因素。以毛細管效應，電磁場作用和熱效應為

3、重點，闡明了它們在含油軸承中的作用。 2）微載荷含油軸承的摩擦特性：由于影響因素眾多，微載荷下軸承的摩擦性能呈現(xiàn)明顯的不穩(wěn)定性。軸承的結構，載荷，摩擦，潤滑性能都出現(xiàn)強隨機性。微載荷下含油軸承的性能特征的追求已從以往的摩擦系數(shù)極小化轉化為對摩擦參數(shù)穩(wěn)定性的要求。 3）多孔質材料的特性：運用SEM技術研究天然材料的多孔結構，通過對天然材料中多孔質的尺寸，幾何構型，孔隙密度及其變化梯度的觀測，劃分均勻多孔質材料，梯度多孔質材

4、料和復合多孔質材料。根據(jù)仿生原理，為含油軸承材料提出梯度型多孔質結構優(yōu)化設計。 4）含油軸承潤滑的理論分析：基于Brinkman模型，用Elrod算法計算微載荷含油軸承的潤滑狀態(tài)，揭示多孔質材料中潤滑油的滲透度對軸承性能的影響。發(fā)現(xiàn)大滲透度下，軸承幾乎喪失承載能力，而滲透度小于一極限值時，對潤滑影響的差別幾乎可以忽略不計。一般滲透度條件下，摩擦系數(shù)隨載荷的下降而上升，當載荷大到一極限值時摩擦系數(shù)趨向穩(wěn)定值，并與試驗結果相吻合。但

5、是，試驗中慣性引起的系統(tǒng)誤差使計算得到的摩擦系數(shù)值小于測量值。 5）微載荷含油軸承中的混沌研究：研究發(fā)現(xiàn)，微載荷含油軸承摩擦學系統(tǒng)為混沌系統(tǒng)。出現(xiàn)混沌現(xiàn)象的原因是與速度有關的摩擦力和與彈性有關的粘彈性共同作用的結果。鑒于微載荷含油軸承性能研究中摩擦穩(wěn)定性的重要性，對①無摩擦，無驅動，②有摩擦，無驅動和③有摩擦，有驅動三種情況研究了軸承摩擦學混沌系統(tǒng)，得到了判別穩(wěn)定性的條件。用隨機函數(shù)作驅動項得到線性化摩擦系統(tǒng)的混沌表現(xiàn)。在線性化

6、混沌方程和隨機函數(shù)輸入條件下，微載荷摩擦混沌現(xiàn)象表現(xiàn)為雜亂無章的速度與加速度關系。隨著固體接觸和固體摩擦成分的增加，速度與加速度關系表現(xiàn)出有規(guī)律的漸進穩(wěn)定狀態(tài)。 6）研制微載荷軸承摩擦試驗臺：以平衡載荷方法獲取微載荷，通過測量摩擦副的偏轉角，將摩擦力的測量轉化為摩擦轉矩和載荷平衡引起的幾何角度的測量，通過平衡設計，杠桿放大和非接觸式激光PSD傳感器位移測量，提高摩擦測量的精度，并實現(xiàn)了摩擦系數(shù)的動態(tài)測量。動態(tài)摩擦系數(shù)實時反映了系

7、統(tǒng)真實的摩擦狀態(tài)。實現(xiàn)了微載荷下軸承摩擦學性能的試驗研究。 試驗中，通過提高電源精度和采用電磁屏蔽技術，減小了環(huán)境對微小摩擦量信號測量的干擾。信號處理中，通過小波濾波剔除混雜成分。提高了測量和數(shù)據(jù)處理的精度。 7）軸承摩擦性能的試驗研究：通過微載荷下的軸承摩擦性能試驗，發(fā)現(xiàn)了微載荷的動態(tài)特性。軸承在動態(tài)的微載荷作用下，潤滑呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，瞬態(tài)摩擦系數(shù)的測量值變化十分劇烈。潤滑劑的成分和配比對摩擦性能的影響十分顯著，液晶添

8、加劑潤滑劑存在有最佳配比（5CB），這時軸承的平均摩擦系數(shù)最小，轉速的影響呈二次曲線形式，速度提高使使摩擦系數(shù)增大并達到峰值，繼續(xù)提高的速度又使摩擦系數(shù)降低。微載荷下軸承的摩擦系數(shù)較高，隨外載荷的增加摩擦系數(shù)降低，達到極小值后又有略微上升的趨勢?；旌蠞櫥瑺顟B(tài)下軸承的摩擦系數(shù)比充分潤滑狀態(tài)低，但是瞬時摩擦系數(shù)的離散程度高。乏油潤滑狀態(tài)會引發(fā)摩擦狀態(tài)的不穩(wěn)定，發(fā)生動態(tài)粘滑振蕩，直至完全偏離測量位置?；旌蠞櫥瑺顟B(tài)下選用粘度大和附著力強的潤滑劑