PTFE编织复合材料重载关节轴承的旋转摩擦特性

介绍了自制的重载摩擦试验机的工作原理及性能特点,其最大加载压力为1000 kN, 旋转与摆动调速范围宽。在转速为2.5 r/min时,测试了PTFE编织复合材料关节轴承承载力与摩擦系数的关系,以及摩擦的时间效应。在承载力为135 MPa时,测试了轴承的磨损曲线、轴承的升温以及摩擦系数随连续摆动时间变化的关系曲线,试验结果表明,其承载力为25~135 MPa时,干摩擦系数为0.038~0.061。通过扫描电镜分析了轴承失效机理,在摆动的过程中PTFE不断被挤出,轴承自润滑功能下降,导致编织基体材料发生磨损。     

聚四氟乙烯纤维织物在关节轴承上的应用

聚四氟乙烯纤维织物是PTFE与Nomex、玻璃纤维(或芳纶纤维)等材料,采用特定方法纺织,并经特殊浸渍处理后制成的复合织物,具有强度高,摩擦系数小的特点.将这种纤维织物应用于关节轴承上,使关节轴承既保持了高承载、自动调心的特性,又兼有自润滑、耐冲击、长寿命等特点.这种自润滑关节轴承可广泛应用于航空、航天等高新技术领域中的关键承载部位.     

关节轴承自润滑材料摩擦学性能及轴承寿命预测研究现状

自润滑关节轴承由于具有结构简单、承载能力强、适应温度范围广、在服役过程中无需添加润滑剂等特点,被广泛应用在航空航天、水利电力、军工机械等行业.与此同时,高端、精密、大型装备的发展对自润滑关节轴承的摩擦学性能、使用寿命和可靠性提出了更高的要求.自润滑关节轴承所使用的自润滑材料性能直接决定了轴承的寿命和性能水平,因此开展对自润滑材料性能的研究成为提高自润滑关节轴承质量和延长其寿命的关键.目前,自润滑衬垫材料大致分为三种,即金属背衬层状复合材料、聚合物及其填充复合材料和PTFE纤维织物复合材料.自润滑衬垫材料的摩擦学性能、衬垫粘结前的处理方式、粘结方式、编织纹路等因素影响着自润滑关节轴承的使用性能.因此,国内外研究者们选择合适的纤维、纳米金属颗粒和PTFE进行复合,大幅改善了自润滑材料的摩擦学性能;同时对衬垫材料的编织结构、捻制方式以及与轴承的粘结方式进行优化研究.为进一步探究衬垫材料的磨损失效机理,国内外研究者通过轴承磨损试验和有限元仿真相结合的方法研究轴承服役过程中的磨损机理、磨损失效规律和静态接触等问题.研究发现,固体润滑转移膜的持续形成能力是自润滑衬垫材料润滑性能和耐磨性能的决定因素.自润滑关节轴承在服役过程中的磨损形式主要为黏着磨损、磨粒磨损,并伴随一定程度的疲劳磨损.为进行自润滑关节轴承的寿命预测和可靠性分析,国内外研究者们通过研制轴承寿命试验平台,以磨损量为反映关节轴承磨损寿命的主要物理量,建立了大量的磨损寿命分布函数,同时,推导出一系列考虑轴承自身结构特点、润滑方式和工况条件的寿命预测公式并进行可靠性分析.本文以自润滑关节轴承常用的PTFE纤维织物衬垫材料作为主要讨论对象,综述了衬垫材料的组分、编织结构、粘结性能对其摩擦磨损行为的影响;讨论了衬垫型自润滑关节轴承服役过程中的转移膜形成机理及摩擦磨损行为,以及自润滑关节轴承寿命研究方法及试验平台的研制情况;通过对现有自润滑关节轴承寿命评估和可靠性研究现状分析,指出国内建立自润滑关节轴承寿命评估相应标准和试验规范的迫切性,以及对自润滑关节轴承可靠性研究的必要性.     

自润滑关节轴承寿命试验及损伤失效机理研究现状

自润滑关节轴承具有结构简单紧凑、免维护、无需添加润滑剂等诸多优点,现已成为航空航天装备和工业设备中广泛应用的一种重要基础运动部件.目前,包括美、法、德、英等在内的多个航空航天工业发达国家很早就对自润滑关节轴承进行了全面的研究工作,并形成了完整的关节轴承标准体系.而国内对自润滑关节轴承的研究起步晚,自润滑关节轴承在高精尖工业领域中的应用研究技术趋近于空白,尤其是在关节轴承的服役寿命预测和失效机理探究等基础性研究上十分薄弱.近年来,随着高精尖领域对自润滑关节轴承服役性能及寿命的要求不断提高,自润滑关节轴承寿命演变规律及其损伤失效机理的研究受到高度重视.研究人员发现自润滑衬垫/涂层的磨损失效是引起自润滑关节轴承失效的最主要原因,在服役过程中经常面临着重载、高频、高低温循环、强氧化、强辐射等异常恶劣的工况,其损伤失效机理是否发生了改变以及如何改进轴承寿命预测模型以提高寿命预测的精度成了当今的研究热点.目前,相关研究人员分别以摆动频率和载荷为加速应力设计了加速寿命试验,提升了自润滑关节轴承寿命试验效率,并且以Weibull分布中的参数变化作为判定关节轴承失效机理变化的依据,极大地加强了关节轴承寿命预测模型的准确性.同时,国内外学者针对衬垫型和部分涂层型自润滑关节轴承的失效机理展开了研究,揭示了衬垫型自润滑关节轴承摩擦副表面在不同工况下的成膜机理和磨损失效机理,并且发现利用超声波、化学溶液等表面改性方法能够在一定程度上改进衬垫的摩擦学性能,提高其服役寿命.本文首先总结了自润滑关节轴承寿命试验的研究现状,主要对关节轴承寿命试验的设备、标准和方法展开论述.然后,重点分析了自润滑关节轴承损伤失效机理,其中对自润滑关节轴承的失效形式及失效判定准则进行了简要介绍,着重分析比较了自润滑材料性能、摩擦表面加工质量、服役工况等影响自润滑关节轴承损伤失效的主要因素.最后,对自润滑关节轴承寿命试验及失效机理的重点研究方向进行了展望.     

自润滑关节轴承质量检测及寿命评估研究现状

自润滑关节轴承以其自身结构和性能的优异性而受到广泛应用。特别是在航空航天装备中,自润滑关节轴承因相比于传统的滚动轴承具有结构简单、免维护、无需添加润滑剂等特点而备受青睐,大型空天装备中自润滑关节轴承的使用可达上千套,以质量更轻、体积更小的自润滑关节轴承来取代传统的滚动轴承,在降低装备质量的同时,又提供了更多可利用空间,有效提升了续航时间和承载能力。国外的SKF、ELGES、NTN公司对自润滑关节轴承的研究已有六十多年的历史,其主要研制和开发的编织型自润滑关节轴承出口至世界各国。我国对自润滑关节轴承的研究起步较晚,民用自润滑关节轴承大部分来自于国产,而军用自润滑关节轴承主要依赖进口,这也在一定程度上限制了我国军事的发展,特别是航空航天领域。 多年来,我国之所以未能在自润滑关节轴承上取得突破,赶超国外先进水平,主要有两个方面原因。首先是自润滑材料的制备,性能优异的自润滑材料是保证自润滑关节轴承良好运动状态和服役寿命的前提,我国在编织物自润滑材料的研制上与国外存在一定差距。其次是对自润滑关节轴承质量和服役寿命的评价体系不够准确和完善、可靠性较低,只作为定性分析,在定量分析上可参考程度较低,制约了研究的进一步进展。 自1955年美国的White Charles等发明了一种编制型自润滑材料以来,国内外学者致力于研究编制型PTFE自润滑关节轴承,以PTFE自身优异的摩擦学性能为基础,通过复合和表面改性技术进一步提高编织物的摩擦磨损和力学性能。目前,优质的编制型自润滑关节轴承载荷可达200 MPa以上,寿命为10万次。与此同时,相关自润滑关节轴承的寿命评估模型也相继被提出,可作为特定型号自润滑关节轴承评定的有效标准。随着航空航天和高精密仪器的发展,各行业对自润滑关节轴承也提出了更高的要求,从对轴承的定性分析到定量计算,从静态检测到动态监测,不断提高关节轴承使用的安全性和可靠性。 本文简述了自润滑关节轴承的定义、分类、常见自润滑关节轴承的润滑方式及润滑机理;重点介绍了自润滑关节轴承的检测方法及其对应的分析标准;总结了国内外对关节轴承寿命评估的研究现状;最后,指出了我国现阶段在自润滑关节轴承研究中的不足并对其今后的发展趋势进行了展望。     

导电衬垫材料的屏蔽效能研究

导电衬垫材料是计算机防信息泄漏研究中应用最广泛的一类屏蔽材料，在研制TEMPEST计算机中发挥了重要的作用，本文通过对6种常用的导电衬垫材料的屏蔽效能的测试研究，得出了一些有工程参考价值的结论。     

自润滑关节轴承摆动摩擦力矩的测量方法

首先对摆动摩擦力矩及影响因素进行分析,包括载荷、轴承游隙、接触应力、滑动速度等,之后提出一款大中型自润滑关节轴承摆动阻力矩测试仪,介绍了被测轴承的安装、摆动轨迹与运动控制、摆动驱动与测量,最后对测量数据进行分析,并提出两种获得轴承启动力矩的数据处理方法。     

折叠型双瓦楞纸板衬垫动态缓冲特性的试验研究

试验研究了3种折叠型双瓦楞纸板衬垫结构在跌落高度分别为30cm、60cm、90cm 3种条件下的动态缓冲特性,采用3次多项式曲线拟合法获得了峰值加速度-静应力曲线的经验公式和特征系数.这些研究工作对折叠型双瓦楞纸板衬垫在运输包装中的应用具有良好的参考价值.     

圆锥-球缺药型罩聚能战斗部结构优化设计？

针对现代舰船抗爆炸与冲击能力的日益提升,提出了一种圆锥-球缺组合药型罩聚能战斗部在鱼雷上的应用,建立了该战斗部水中接触爆炸钢质靶板的力学物理模型,并通过试验对数值模拟结果进行了验证性研究。采用正交设计方法,设计了16种不同参数的圆锥-球缺聚能战斗部的结构,利用该模型进行了数值计算,得到了战斗部的最佳结构,为高效聚能战斗部的设计提供了理论依据。     

基于Workbench的自润滑关节轴承在复合摆动双向加载工况下的摩擦力矩仿真分析

自润滑关节轴承轴向与径向均可以加载和摆动,衬垫接触面上的摩擦应力是复杂多变的,且在不同的工况下的摩擦力矩的变化较大,摩擦力矩一方面会使轴承发热和磨损;另一方面又确保了轴承在运动过程中的稳定.本文通过有限元分析软件Workbench建立模型模拟关节轴承的实际工况,提出使用Workbench计算关节轴承摩擦力矩的方法,目的...     

Research on the Failure Characteristics of a Spherical Bearing

Strength of Materials - In order to study the failure process of a large-scale spherical bearing, the finite element simulation method was used to establish the full-scale finite element model of...     

球面层状弹性轴承结构对其力学行为影响的有限元分析

应用有限元分析方法,通过AYSYS软件对球面层状弹性轴承的力学行为进行了模拟,得到各胶层的应力分布规律,并分析了胶层厚度、注胶孔形状、截面形状三种结构因素对胶层应力分布的影响.研究结果表明:采用柱形注胶孔的第1层和第2层胶层的最大节点应力明显小于采用锥形注胶孔;胶层厚度的合理设计可有效地减小所有胶层的最大节点应力;采用弧形外缘的轴承可以减小胶层间应力的急剧变化,能够延长轴承的使用寿命.     

06Cr19Ni10不锈钢关节轴承断裂分析

某高压电器产品中06Cr19Ni10不锈钢关节轴承零部件在使用数年后发生断裂。通过化学成分分析、金相检验、断口扫描、能谱分析、晶间腐蚀试验等进行断裂原因分析。结果表明：长期在富含氯离子沿海大气环境中工作、产生应力腐蚀裂纹是造成断裂的主要原因,零件为有铸造缺陷的铸件、碳含量超标、固溶处理不良、表面加工粗糙等是发生应力腐蚀断裂的重要影响因素。     

锂离子电池球形正极材料的研究进展

球形化可以提高锂离子正极材料的压实密度、体积比容量并改善其加工性能和极片的质量。简要介绍了球形材料的特点,综述了球形LiCoO2、LiNixM1-xO2、LiMn2O4、LiFePO4等的制备及其性能,展望了球形正极材料的应用前景。     

高速精密轴承振动测试试验机的研制

为准确测量高速滚动轴承运转时内部的振动信号并对轴承进行故障诊断,本文研制出一种高速滚动轴承振动测量的试验机,详细阐述了测试装置、传感器安装方式、测试结果分析等。试验结果表明,该试验机运行平稳,具有良好的可靠性,可以用于高速轴承的试验研究。