PTFE/30CrMnSiNi2A 的重载摩擦性能

采用PTFE与30CrMnSiNi2A钢制成自润滑轴承,在重载工况下进行了数值模拟及试验分析,研究了自润滑轴承的主要失效形式、摩擦面状态及性能对摩擦性能的影响,并分析了轴承的磨损机理.结果表明:该轴承在重载下以润滑层失效为主要破坏形式,改善摩擦面能够有效提高轴承的摩擦性能;在摩擦过程中PTFE不断被挤出,形成转移润滑膜,起到了减小摩擦因数的作用.     

大型飞机增升装置关节轴承摩擦特性试验研究

为对民机增升装置关节轴承的摩擦特性进行研究,提出了一款关节轴承摩擦性能测试装置,介绍了试验装置的结构特点和摩擦力矩测量原理。试验采用了一款与增升装置使用的关节轴承结构形式相近的自润滑关节轴承,通过试验装置测试了自润滑关节轴承的启动摩擦力矩,并对不同转速、摆角和径向载荷下不同型号自润滑关节轴承的摩擦力矩进行测试,分析了这些因素对自润滑关节轴承摩擦性能的影响。研究结果表明,低速范围内转速对自润滑关节轴承摩擦性能的影响不大,等效摩擦系数随着载荷增大而减小,随着摆角、轴承尺寸增大而增大。     

高承载、低摩擦、自润滑轴承技术

<正>2014年10月28日,由航天材料及工艺研究所承担的"高承载、低摩擦、自润滑轴承技术"项目通过了航天科技集团公司组织的成果鉴定。该项目是以型号为主要应用背景,通过对轴承材料、粘接技术及重载下轴承试验评价技术等方面的研究,突破了兼备高承载、低摩擦、自润滑、长时间、高可靠等多功能为一体的复合轴承技术,满足了型号研制中存在的复杂重载、低速摆动干摩擦工况条件下的载荷传递需求,综合性能满足了型号要求,具有自主知识产权。与会专家一致认为:该项目达到国内领先、国际先进水平,具有重大的社会效益。     

纤维织物增强树脂基复合材料的重载摩擦性能

采用高强纤维与聚四氟乙烯纤维混编织物增强树脂制成自润滑复合材料,在重载摩擦工况下进行了摩擦试验,研究了不同的高强纤维、基体树脂对表面温度、应力、摩擦因数及压缩强度的影响,并对自润滑复合材料的“PTFE转移润滑膜”的减摩机理进行了分析.结果表明,重载条件下织物A/改性酚醛树脂综合性能优异,摩擦过程中摩擦表面形成“PTFE转移润滑膜”,摩擦因数达到0.018.     

宽温域连续润滑的Ni3 Al 基自润滑复合材料

报道了一种从室温到1 000℃能够连续润滑的Ni3Al基自润滑复合材料.该材料选用高温强度和抗氧化性优异的Ni3Al金属间化合物为基体材料,利用多种高、低温固体润滑剂的复合和协同效应实现了宽温域连续润滑.本文介绍了利用真空热压烧结方法制备该自润滑复合材料的简要过程,研究了材料的高温力学性能,并在球盘式高温摩擦试验机(HT-1000型)和销盘式高速摩擦试验机上分别测试了不同温度和转速下Ni3Al基自润滑复合材料的摩擦磨损性能.结果表明,材料在1 000℃时具有优异的力学性能(压缩强度40～45 MPa)和自润滑性能(摩擦因数0.28 ～0.25),在高载和高速条件下具有稳定的更低的摩擦因数.     

箔片结构库伦摩擦效应对径向箔片轴承特性的影响

基于有限元法建立波箔型气体径向轴承箔片结构的库伦摩擦模型,通过改变平箔片与波纹箔片之间以及波纹箔片与轴承座之间的摩擦因数,对比分析了在各种载荷分布条件下波纹箔片库伦摩擦模型与文献中线性弹簧模型的刚度特性,研究了库伦摩擦效应对波纹箔片刚度特性的影响规律.在此基础上,运用有限单元法和有限差分法求解雷诺方程和气膜厚度方程,研究了在两个工作转速下气体波箔片轴承中截面处最小气膜厚度随轴承承载力的变化规律以及承载力随偏心率的变化规律.通过数值仿真对该模型、文献中线性弹簧模型和刚性表面气体轴承进行对比分析,并把气膜厚度分布与文献结果进行了对比.结果表明:箔片的库伦摩擦力在一定程度上增大了波纹箔片的刚度,并且随着摩擦因数的增大其刚度以及两端固定的波纹箔片个数也增加,使得箔片轴承表面变“刚”,因此轴承静特性更趋于刚性表面轴承,此外当轴承承载力一定时,箔片摩擦因数越大轴承的最小气膜厚度越小.      

自润滑轴承摩擦系数研究

开展了温度和载荷对自润滑轴承摩擦系数的影响研究,通过试验测量了不同载荷和温度条件下自润滑轴承的摩擦系数,并对结果进行了分析,得到了摩擦系数随载荷和温度的变化规律,为自润滑轴承的设计使用提供必要的支撑.     

空间摩擦学及其材料的研究进展

综述了空间苛刻服役环境及其对空间摩擦学材料性能影响的研究,深入分析了空间环境对空间摩擦材料、空间耐磨材料和空间减摩材料摩擦磨损机理的影响。空间摩擦材料主要应用于空间对接机构及空间机械臂中,应具有稳定的摩擦力矩与优良的抗黏着磨损性能。空间耐磨材料主要应用于空间轴承、齿轮和密封件等部件中,如FeAl金属间化合物在高温下抗蠕变性急剧下降,常通过添加金属元素(Ce,Cr,Mn,Mo,Nb,W等)及固体润滑剂提高材料抗蠕变性能;Ti及其合金常通过表面改性改善黏着性;与基体结合性良好的耐磨涂层可以较大程度的改善材料的耐磨性。空间减摩材料主要指润滑剂与自润滑材料,如软金属Pb、高分子材料PI和PTFE等,以及某些金属的氧化物,氟化物和硫化物等,能较好地降低材料表面的摩擦因数。随着航天科技的发展,亟须开发新型高性能空间摩擦学材料,建立摩擦学材料数据库,以应对国际航天技术发展的挑战。     

套圈材料对自润滑关节轴承热力学性能的影响

为研究套圈材料对自润滑关节轴承性能的影响,建立了基于ABAQUS有限元软件的热力耦合模型。在特定工况下分析了2024铝合金与GCr15两种材料的关节轴承等效应力的大小、摩擦副的热传导过程以及接触应力与温度的分布规律。结果表明:铝合金套圈的等效应力均小于屈服强度,能满足使用要求,与GCr15轴承钢相比,该轴承衬垫受到的等效应力降低了35.4%,同时铝合金轴承的衬垫比GCr15轴承更快地达到热稳定状态;另外,铝合金轴承的摩擦面接触应力降低15.4%,套圈温度降低2 ℃,衬垫温度降低15.7 ℃,且应力与温度分布更均匀。综上所述,2024铝合金关节轴承在一定工况下比GCr15轴承磨损寿命更长具有更优异的性能。通过试验验证了GCr15轴承的温升过程与温度分布,与有限元结果具有很好的一致性。     

箔片摩擦对波箔型径向气体轴承静刚度和悬浮转速影响实验

加工制造了两个不同轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度的波箔型径向气体轴承.在建立的波箔型径向气体轴承性能测试实验台上对预紧状态下两个波箔型径向气体轴承进行了静刚度测试实验,并利用摩擦力矩法测量了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,通过对比两个轴承的实验结果分析了波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦效应对轴承静刚度和悬浮转速的影响.结果表明:降低轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度能够减弱波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦,减小了轴承静刚度,进而在轴承载荷相同的条件下有效降低了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,减少了轴承表面磨损,对轴承结构设计和提高轴承寿命具有工程指导意义.此外,波箔型径向气体轴承的静刚度并不是线性的,而是随着箔片变形量的增大而增大,因此有必要在波箔型径向气体轴承理论建模时考虑箔片结构刚度的非线性特性.      

空间用9Cr18 钢PIII 复合离子注入表面改性工艺研究

采用等离子体浸没离子注人(PⅢ)技术对9Cr18轴承钢表面进行了双注入及共注入Ti+N工艺处理.测试了处理前后试样的显微硬度及真空摩擦因数,并表征分析了表面磨损形貌.结果表明:处理后试样的显微硬度都有大幅提高,最大增幅达68.7％；表面真空摩擦因数由0.15下降到0.08；磨斑尺寸及粗糙度分别减少了54.4％和37.4％.双注入与共注入方式在相同参数下,双注入处理后的试样表面综合性能更加优异.     

气体止推箔片轴承试验台设计及试验

设计并制造了带有箔片密封式活塞加载装置的气体止推箔片轴承试验台,对带有冷却通道和径向辐射分布波纹箔片的止推箔片轴承进行了试验研究,分别在15000,20000,25000r/min转速下采用摩擦力矩法对带有冷却通道的止推箔片轴承进行了承载力测试试验.结果表明:带有箔片密封结构的活塞式加载装置能够很好地实现止推轴承加载功能,验证了试验台设计的成功,该止推箔片轴承在不同转速下分别得到了145,195,260N的推力,并且轴承承载力和气膜间隙成非线性关系.      

叠片式箔片气体动压推力轴承的静动态特性

针对一种叠片式箔片气体动压推力轴承,提出相应的结构刚度模型。运用有限差分法(FDM)求解可压缩气体雷诺方程,并与箔片弹性变形方程耦合求解得到该类型轴承的静动态特性。结果表明:由于支承结构在径向和周向都具有变刚度特点,导致单瓣箔片上出现二次收敛楔形效应,因此形成两个压力峰值,与传统类型轴承相比能在一定程度上提高承载能力。随着最小气膜厚度的增加,轴承承载能力和摩擦力矩都不断下降,且动态刚度也逐渐下降,但对动态阻尼的影响较小。存在最优楔形高度值以实现较大承载能力的同时,也能达到较小摩擦力矩,减小功率损耗,并且还能获得较高的动态刚度和动态阻尼系数。      

DLC 和CrN 薄膜在油润滑下的摩擦性能

采用闭合场非平衡直流磁控溅射技术和阴极电弧离子镀技术在轴承钢表面分别制备了DLC 和

CrN 薄膜,在全配方发动机油(CF-4,15W/40)润滑条件下,选择DLC/ 钢、CrN/ 钢摩擦配副,用SRV-IV 摩擦实

验机考察了25℃和100℃时DLC 与CrN 薄膜在不同载荷下的摩擦因数和磨损率,并对摩擦界面进行分析。结

果表明:DLC 和CrN 薄膜在油润滑条件下的摩擦因数都随着载荷的增加而降低;DLC 和CF-4 构成的固液复合

润滑体系具有更加优异的摩擦学性能;活性较高的CrN 薄膜与发动机油中的添加剂相互作用,在摩擦界面上

发生摩擦化学反应形成摩擦化学反应膜,并且薄膜表面形成的氧化层有利于提高薄膜在高温时的耐磨性。

     

压缩载荷下夹层结构斜坡过渡区域性能分析

建立了泡沫夹层结构斜坡过渡区域的三维(3D)有限元模型,进行了斜坡过渡区域的坡度角分析优化。基于有限元分析软件MSC.Patran/Nastran,建立了考虑斜坡过渡区面板铺层递减的泡沫夹层结构的有限元模型,研究了结构在单轴压缩载荷作用下的力学行为,进一步讨论了坡度角对于夹层结构过渡区域结构强度和稳定性的影响规律。研究结果表明,泡沫夹层结构坡度角在25°~30°时能够达到提高结构承载能力及减轻结构质量的双重目的。     

考虑稀薄气体效应的止推箔片轴承静特性分析

以波箔型气体止推箔片轴承为研究对象,基于1阶滑移速度边界条件,建立了考虑稀薄气体系数的修正雷诺方程.结合Newton-Raphson迭代法和有限差分法,耦合求解Reynolds方程和润滑膜厚度方程,仿真获得了止推箔片轴承的轴向承载力、起飞转速等静态性能,并研究了稀薄气体效应和轴承结构参数对止推箔片轴承静态特性的影响.结果表明:稀薄气体效应将使止推箔片轴承的轴向承载力减小,起飞转速增大,且稀薄气体效应的影响随轴承工作转速、箔片变形柔度系数的提高有所减弱;止推箔片轴承的安装间隙小于10μm时,起飞转速随安装间隙的减小急剧增大,因而在止推箔片轴承装配时须严格控制轴向间隙.      

基于库伦摩擦效应的箔片轴承极限承载力理论与试验

基于有限单元法建立了考虑库伦摩擦的波箔型径向气体箔片轴承的箔片结构模型,采用有限差分法和有限单元法耦合求解Reynolds方程和气膜厚度方程,通过求解轴颈达到极限偏心率时的轴承极限承载力,研究了箔片结构库伦摩擦效应对轴承极限承载力的影响规律,并搭建了轴承极限承载力测试试验台,利用温度法测量了两个具有不同轴承壳内表面粗糙度的波箔型径向气体箔片轴承的轴承极限承载力.通过对比分析仿真结果与试验结果表明:轴承壳圆柱孔内表面粗糙度为0.4μm的轴承在10000r/min和20000r/min下,轴承极限承载力分别为15.5N和42.3N;而表面粗糙度为1.6μm的轴承极限承载力为10.9N和29.6N,这是由于波纹箔片和轴承壳体之间的库伦摩擦力增大了波纹箔片的刚度,因此增大箔片结构摩擦因数使得轴承极限承载力降低,并且仿真结果变化趋势和试验结果变化趋势吻合.