微載荷含油軸承摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、信息技術(shù)和微型機(jī)電設(shè)備中，含油軸承的應(yīng)用日益廣泛。由于軸承結(jié)構(gòu)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(xué)特性的要求越來越高。微載荷下，結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)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(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。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(xué)特性，從材料，結(jié)構(gòu)，潤滑方面探索提高軸承摩擦性能的途徑，將豐富摩擦學(xué)的理論知識，并為滿足日益增長的含油軸承的工程應(yīng)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(shù)，研究了多孔質(zhì)材料的仿生設(shè)計，潤滑特性的理論分析，微小摩擦量的檢測技術(shù)，從理論和試驗上全面揭示了微載荷下含油軸承的摩擦學(xué)特性和各種因素的影響規(guī)律。主要研究內(nèi)容有： 1）含油軸承的潤滑機(jī)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(xì)管效應(yīng)，電磁場作用和熱效應(yīng)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(jié)構(gòu)，載荷，摩擦，潤滑性能都出現(xiàn)強(qiáng)隨機(jī)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(zhuǎn)化為對摩擦參數(shù)穩(wěn)定性的要求。 3）多孔質(zhì)材料的特性：運用SEM技術(shù)研究天然材料的多孔結(jié)構(gòu)，通過對天然材料中多孔質(zhì)的尺寸，幾何構(gòu)型，孔隙密度及其變化梯度的觀測，劃分均勻多孔質(zhì)材料，梯度多孔質(zhì)材

4、料和復(fù)合多孔質(zhì)材料。根據(jù)仿生原理，為含油軸承材料提出梯度型多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(zhì)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(dāng)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(jié)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(xué)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(guān)的摩擦力和與彈性有關(guān)的粘彈性共同作用的結(jié)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(qū)動，②有摩擦，無驅(qū)動和③有摩擦，有驅(qū)動三種情況研究了軸承摩擦學(xué)混沌系統(tǒng)，得到了判別穩(wěn)定性的條件。用隨機(jī)函數(shù)作驅(qū)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(jī)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(guān)系。隨著固體接觸和固體摩擦成分的增加，速度與加速度關(guān)系表現(xiàn)出有規(guī)律的漸進(jìn)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(zhuǎn)角，將摩擦力的測量轉(zhuǎn)化為摩擦轉(zhuǎn)矩和載荷平衡引起的幾何角度的測量，通過平衡設(shè)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(xué)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(shù)，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(zhuǎn)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(dá)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(dá)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(qiáng)的潤滑劑