重载齿轮弯曲疲劳寿命测试方法研究现状

重载齿轮是大型机械装置(推土机、挖掘机、装甲车等)传动系统的核心部件,它的主要功能是按照规定的转速比传递运动和转矩。随着科学技术的发展和军事装备的更新换代,重载齿轮的研究除了在材料性能、齿形设计、承载能力等方面取得了新成就外,另一个突出的进步就是在齿轮性能测试技术方面获得了很多成果,使得一些过去难以定量研究的问题(如齿轮的疲劳强度、齿轮传动品质等)都有了比较实用的测量手段。而在重载齿轮疲劳性能研究中,相对于接触疲劳产生的齿面点蚀、胶合、磨损等微小破坏而引起齿轮传动效率降低,啮合不到位等现象,弯曲疲劳则会直接导致齿根产生裂纹甚至形成断齿现象,造成重大事故。因此,准确测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命,分析弯曲疲劳性能,进而优化齿轮设计,提升齿轮性能,对监测因弯曲疲劳失效所引起设备故障以及避免服役过程中发生重大事故具有重要意义。重载齿轮弯曲疲劳寿命受多方面因素的影响,其中包括材料性能、加工尺寸、制备工艺以及测试手段等,因此对其弯曲疲劳寿命的定量测试一直是各国研究人员关注的热点话题。关于重载齿轮弯曲疲劳寿命的研究可以归纳为以下三方面:弯曲疲劳原理探究方面已发展到声发射信号检测、光学图像分形理论计算、计算机有限元数学模拟等多方面的实际应用;性能检测实验已有单齿/双齿脉冲加载、动态啮合式加载等多种试验方法;数据处理方面已发展出升降法、成组法、雨流法以及多种S-N曲线拟合的数据处理手段。这些分析方法以及测试手段的应用可以大大节省实验成本、提高分析效率、减少试验误差,进而提高重载齿轮弯曲疲劳寿命检测的准确性。本文从重载齿轮弯曲疲劳寿命的测试原理、试验方法以及测试数据处理三方面出发,根据国内外研究现状,对重载齿轮的弯曲疲劳性能进行机理性与实验性的探究,为测试重载齿轮的弯曲疲劳寿命提供有效的理论依据、具体的测试方法以及准确的数据处理手段。     

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。     

材料空间环境效应研究方法与展望

空间环境是多因素交叉耦合作用的复杂、动态系统,是影响空间装备正常服役的重要因素,深入开展空间特殊环境效应研究已成为世界各国降低航天器在轨故障率、保证空间装备长期可靠运行的重要手段。总结近30年来世界各国进行空间环境效应研究的主要方法,即空间飞行试验、地基模拟试验和数值仿真计算,分析各种研究方法的优点与不足;综述各主要航天大国材料空间环境效应的研究现状,指出今后可以从基础理论和技术设备两方面对空间环境效应进行深入研究,通过开发新型的模拟试验设备和先进的数值仿真技术,未来将有望大大减少空间环境效应研究的周期和成本,从而加速推进相关空间材料和技术的研究与应用。     

喷涂功率对NiCr-Cr3C2涂层表面自由能及其摩擦性能的影响

利用超音速等离子喷涂技术制备了不同喷涂功率条件下的NiCr-Cr3C2涂层,结合表面自由能理论研究了其表面摩擦学性能。利用Owens-Wendt几何平均法计算了涂层的表面自由能及其分量。对比发现,涂层孔隙率、显微硬度和摩擦因数均随着喷涂功率的变化而变化,且其变化趋势与极性分量均表现出一定的相似性。分析表明,受喷涂功率的影响,喷涂粒子的温度和速度对涂层表面分子间作用力产生影响,从而间接改变了涂层表面的自由能,并且自由能及其分量的改变,会直接影响NiCr-Cr3C2涂层表面的摩擦学特性。     

红外信号分析的基本方法及应用现状

综述了红外信号的分析方法和应用现状,通过对比图像分析、模型分析、四点算法、相关算法和傅里叶变换等常用的红外分析方法的优缺点,认为先通过小波变换等方法提取有用信号,再根据不同的红外信号采取不同的分析方法是最切实可行的,并对红外信号分析的发展方向进行了展望。     

超音速等离子NiCr/Cr3C2涂层的接触疲劳寿命

采用超音速等离子喷涂技术在45钢基体上制备了NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层,使用球盘式接触疲劳试验机对涂层进行不同载荷条件下的接触疲劳试验。采用范—蒙特福特假设检验验证涂层的疲劳寿命数据,发现其符合Weibull分布,随后建立Weibull失效概率图。通过该图可以直观的得到在同一工作条件下,涂层任意循环次数的失效概率,同时可以在一定范围内,预测某一工作载荷下涂层的接触疲劳寿命。该方法在试验数据较少的情况下,较为精确的表征了涂层的接触疲劳寿命,有效的提高了试验效率,节约了试验成本。     

超声速等离子喷涂Ni60A涂层的滚动接触疲劳寿命*

制备高质量的超声速等离子喷涂Ni60A涂层,并研究该涂层的滚动接触疲劳性能及寿命。通过正交试验对Ni60A涂层的4个主要喷涂工艺参数(喷涂电压、喷涂电流、Ar气流量和喷涂距离)进行优化设计,通过分析孔隙率和显微硬度值的大小,综合评价喷涂层质量。利用Image J2x孔隙率计算软件计算涂层孔隙率,利用扫描电镜分析Ni60A粉末和喷涂层的微观结构,采用显微硬度计测定涂层的显微硬度,利用RM-1接触疲劳/磨损多功能试验机对涂层进行不同载荷条件下的接触疲劳试验,并建立Weibull失效概率图。结果表明,通过正交试验可以获得高质量的超声速等离子喷涂Ni60A涂层,超声速等离子喷涂Ni60A涂层的最优喷涂工艺参数为：喷涂电压170 V,喷涂电流370 A,Ar气流量110 L/min,喷涂距离110 mm,通过最优参数制备得到的Ni60A涂层的孔隙率为1.05%,显微硬度为1 086 HV_0.2;在不同接触应力水平下,Ni60A涂层的寿命服从Weibull分布,通过Weibull失效概率图可以在一定范围内预测某一工作载荷下涂层的接触疲劳寿命。     

MnO2纳米材料催化Ru（bpy）3^2＋电致化学发光的研究

利用二氧化锰（MnO2）纳米材料新颖的化学、物理特性,研究其对三联吡啶钌（Ru（bpy）3^2＋的电致化学发光（ECL）的催化作用,结果发现,纳米MnO2材料在温和的条件且较正的电位（＋O．4V（VS．Ag/AgCl））下可以催化Ru（bpy）33^2＋产生阴极ECL。同时推导了其催化机理,为制备一种新型的高灵敏度的ECLSensor奠定了理论基础。     

涂层疲劳损伤声发射特征参数及损伤机理

使用超音速等离子喷涂设备在1045钢基体上制备了铁基合金涂层。以球盘式接触疲劳试验机为平台,研究了涂层接触疲劳损伤过程中声发射特征参数的变化规律,并分析了涂层的接触疲劳损伤机理。结果表明,在转速为2500r/min和应力水平为1.58GPa实验条件下,点蚀是涂层的主要失效形式,表现为在涂层磨痕轨迹范围内出现大量的点蚀坑,点蚀坑深度为20～30μm。涂层表面粗糙的微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损,以及涂层、磨粒、滚动轴承三者形成三体磨料磨损是点蚀失效产生的主要原因。声发射幅值、有效值(Root Mean Square,RMS)、能量、计数和平均频率对涂层表面粗糙微凸体去除、弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定扩展和失稳扩展过程比较敏感,并且在不同的疲劳损伤阶段具有不同的信号反馈特点。     

玻璃纤维增强PEEK复合材料的高速干摩擦性能

利用球盘式摩擦磨损试验机对质量分数为30%的短切玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK/GF)复合材料进行室温高速条件下干滑动磨损实验,考察了载荷及频率对材料摩擦系数及磨损量的影响,并对摩擦前后的微观形貌及热性能进行了分析。结果表明,随着载荷和频率的增加,PEEK/GF复合材料的摩擦系数和磨损量逐渐增大并趋于稳定;微观结构分析显示GF与PEEK两相结合紧密,磨损方式主要以犁沟为主,GF的加入阻断了PEEK从PEEK/GF复合材料磨损表面剥落,使PEEK磨屑在GF周围积聚,摩擦表面产生的热量使PEEK收缩团聚在一起;PEEK/GF复合材料的热分解温度比纯PEEK提高了75℃。