自潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)研究

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1、自潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)研究林晶趙穎春李彥偉常志剛(中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京100028)標(biāo)準(zhǔn)化研究【摘要】開(kāi)展了溫度和載荷對(duì)白潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)的影響研究，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量了不同載荷和溫度條件下自潤(rùn)滑軸承的摩擦系數(shù)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析，得到了摩擦系數(shù)隨載荷和溫度的變化規(guī)律，為自潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)使用提供必要的支撐。【關(guān)鍵詞】摩擦系數(shù)；自潤(rùn)滑；軸承沖圖分類號(hào)】V229+．1f文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】C【文章編號(hào)】1003—6660(2016)02．0009．04【DOI編碼】10．13237／j．cnki．a(chǎn)sq．201

2、6．02．002自潤(rùn)滑軸承是近些年發(fā)展迅速的軸承產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載大、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)，廣泛應(yīng)用于航空、機(jī)械等裝備中。自潤(rùn)滑軸承的摩擦系數(shù)是自潤(rùn)滑軸承的重要參數(shù)，是自潤(rùn)滑軸承設(shè)計(jì)、選用及使用中主要關(guān)注的參數(shù)之一。研究表明在工作狀況下，自潤(rùn)滑軸承的摩擦系數(shù)除與自身的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)有關(guān)外，還與徑向載荷、擺動(dòng)頻率、擺動(dòng)次數(shù)、擺動(dòng)角度、接觸面溫度和表面粗糙度等因素密切相關(guān)f1]。自潤(rùn)滑軸承在運(yùn)動(dòng)時(shí)自潤(rùn)滑襯墊與對(duì)偶表面相對(duì)滑動(dòng)下產(chǎn)生摩擦，在軸承啟動(dòng)時(shí)，即軸承剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，擺動(dòng)頻率、擺動(dòng)次數(shù)、擺動(dòng)角度等因素

3、對(duì)于軸承的啟動(dòng)力矩沒(méi)有影響，而影響軸承摩擦系數(shù)的因素主要包括載荷、接觸面溫度等因素。MIL．HDBK．1599At2】《飛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)和子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造中使用的軸承、操縱系統(tǒng)及相關(guān)硬件》研究了載荷和溫度對(duì)自潤(rùn)滑軸承的摩擦系數(shù)的影響，給出了不同溫度和載荷條件下的自潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)曲線。研究發(fā)現(xiàn)：在一500F～700F范圍內(nèi)，隨著載荷增大，自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承的擺動(dòng)摩擦系數(shù)呈下降趨勢(shì)；隨著溫度增加，自潤(rùn)滑軸承的擺動(dòng)摩擦系數(shù)也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。我國(guó)對(duì)自潤(rùn)滑軸承的相關(guān)研究起步較晚，只針對(duì)自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承啟動(dòng)力矩等參數(shù)開(kāi)

4、展了部分的研列31，還沒(méi)有對(duì)自潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)開(kāi)展研究，對(duì)國(guó)產(chǎn)自潤(rùn)滑軸承的摩擦系數(shù)還沒(méi)有充分掌握。為了掌握國(guó)產(chǎn)航空自潤(rùn)滑軸承的摩擦系數(shù)變化規(guī)律，本文開(kāi)展不同環(huán)境溫度和載荷條件下的自潤(rùn)[收修訂稿日期】2015—12—01滑軸承摩擦系數(shù)研究，通過(guò)測(cè)量分析不同載荷和溫度條件下自潤(rùn)滑軸承的摩擦系數(shù)，研究自潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)隨載荷和溫度的變化規(guī)律，以期為我國(guó)航空自潤(rùn)滑軸承設(shè)計(jì)使用提供必要的支撐。1自潤(rùn)滑軸承簡(jiǎn)介自潤(rùn)滑軸承主要分為自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承和軸襯，其中自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承具有調(diào)心功能。自潤(rùn)滑襯墊是自潤(rùn)滑軸承的關(guān)鍵

5、組成部分，其自潤(rùn)滑功能的實(shí)現(xiàn)主要來(lái)自于自潤(rùn)滑襯墊。自潤(rùn)滑軸承的摩擦學(xué)性能的好壞與自潤(rùn)滑襯墊自身的結(jié)構(gòu)、性能密切相關(guān)。目前自潤(rùn)滑襯墊一般采用聚四氟乙烯(PTFE)和芳綸纖維復(fù)合編織而成，采用酚醛樹(shù)脂或聚酰亞胺樹(shù)脂進(jìn)行填充固化，并利用膠黏劑粘接在金屬基底上。自潤(rùn)滑襯墊中的聚四氟乙烯纖維是主要的自潤(rùn)滑材料，具有良好的自潤(rùn)滑性能。2試驗(yàn)研究2．1試驗(yàn)方案為了研究自潤(rùn)滑軸承的摩擦系數(shù)，采用航空用自潤(rùn)滑軸襯作為白潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)的研究對(duì)象。自潤(rùn)滑軸襯的自潤(rùn)滑襯墊與試驗(yàn)芯軸的外表面構(gòu)成摩擦副，通過(guò)測(cè)量該摩擦副之

6、間的摩擦系數(shù)來(lái)研究自潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)的變化規(guī)律。試驗(yàn)的載荷和溫度范圍以及對(duì)偶表面的相關(guān)參數(shù)是按照航空自潤(rùn)滑軸承在飛機(jī)上的使用條件確定的。目前航空自潤(rùn)滑軸承使用的溫度范圍一般為一55℃～163℃，本文在該溫度范圍內(nèi)均勻地選擇d險(xiǎn)航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量2016年第2期了7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。按EN231l【4】《航空自潤(rùn)滑軸襯技術(shù)規(guī)范》自潤(rùn)滑軸襯的額定壓強(qiáng)為206MPa，因此本文選擇最大壓強(qiáng)為206MPa，然后在最大的載荷范圍內(nèi)，均勻地選擇了4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。軸襯載荷的計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。與軸襯配合的對(duì)偶表面其硬度一般都在

7、55HRC～60HRC，表面粗糙度為Ra0．2。F=0．206d(Z一，1一1．8)(1)式中：F一徑向載荷(kN)；d一軸襯內(nèi)徑(mm)；卜一軸襯長(zhǎng)度(mm)；，，一軸襯法蘭的厚度(mm)。試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)方法，試驗(yàn)測(cè)試的溫度和載荷參數(shù)組合如表1所示。表1試驗(yàn)參數(shù)組合溫度(℃)參數(shù)．55—300307512016319√載38√荷kN57√76√自潤(rùn)滑軸襯的摩擦系數(shù)是通過(guò)測(cè)量軸襯的摩擦力矩間接得到的，摩擦系數(shù)u的計(jì)算方法見(jiàn)式(2)。丁∥2而‘2)jF。R?式中：∥一摩擦系數(shù)；丁一摩擦力矩(N佃)

8、；F一載荷(N)；尺一軸襯內(nèi)孔半徑(m)。2．2試驗(yàn)件自潤(rùn)滑軸襯的結(jié)構(gòu)和主要尺寸如圖l所示，自潤(rùn)滑軸襯的金屬基底采用17．4PH不銹鋼制造，自潤(rùn)滑襯墊采用PTFE纖維和芳綸纖維復(fù)合編織而成，采用酚醛樹(shù)脂進(jìn)行填充固化。與其配合的試驗(yàn)芯軸采用GCrl5軸承鋼制造，硬度58HRC，表面粗糙度Ra0．2。2．3試驗(yàn)裝置自潤(rùn)滑軸承摩擦系數(shù)的試驗(yàn)裝置如圖2所示，軸襯安裝在加載板中，加載板與軸襯之間的采用0．001um～0．014lam的過(guò)盈配合。試驗(yàn)芯軸與軸襯之間采用0．034lam～0．05