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.     

某高温重载自润滑关节轴承超载试验失效原因分析

某高温重载自润滑关节轴承台架超载试验后,轴承内圈产生局部裂纹和断裂失效。采用宏观分析和微观分析等方法分析了轴承内圈出现裂纹和断裂的原因,并利用ANSYS有限元分析技术加以考察和验证。结果表明:该关节轴承出现裂纹和断裂是因为内外圈边缘和销钉槽部位未进行倒角处理,从而导致较大的应力集中;根据出现裂纹和断裂的原因以及ANSYS有限元分析结果,优化了该关节轴承的结构,减小了局部应力集中,有利于关节轴承台架试验的正常进行和轴承疲劳寿命的提高。     

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.     

钛合金杆端体断裂原因

对钛合金杆端自润滑关节轴承进行疲劳试验,在116万次循环拉压后,杆端体耳环处发生断裂。对失效件进行了化学成分、宏观和微观分析。结果表明：杆端体失效形式为疲劳断裂,杆端体耳环和轴承外圈之间发生微动磨损,在循环载荷下,杆端体内孔薄弱处的裂纹扩展,最终发生断裂。     

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。     

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.     

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...     

装配间隙对关节轴承挤压工艺的影响分析

针对实际生产中关节轴承内外圈装配间隙过大或者过小等现象,以某型号关节轴承为研究对象,将实际测量的内外圈装配间隙带入模型中,采用LS-DYNA软件对关节轴承挤压过程进行仿真,并分析装配间隙对轴承挤压工艺的影响。研究结果表明:随着装配间隙的增大,内外圈五点距离的检测值也随之增大,衬垫最大接触压力逐渐减小,轴承密合度存在最优值,由增长率均值可知装配间隙对轴承端部的影响最大,向轴承中部递减。综合考虑轴承质量、衬垫最大接触压力等因素,获得YSG502S12自润滑关节轴承内外圈装配间隙的合理取值范围为(0. 05～0. 10) mm。试验验证结果表明,仿真以及合理范围的准确有效。     

可双向滑移向心关节轴承节点的研究

关节轴承在钢结构建筑节点连接中有着比较广泛的应用,不过常规的关节轴承仅仅具备了面内向外转动的性能,无法满足一些特殊建筑对于大滑移量的需求。对此,福建龙溪轴承(集团)股份有限公司立足常规的向心关节轴承节点,研制出了一种可双向滑移向心关节轴承节点,能够在满足上述建筑大滑移量需求的前提下,对集中应力进行有效抵消,保证建筑结构的稳定和安全。     

配合条件对自润滑关节轴承承载能力影响的研究

采用简化干涉模型,对内圈和衬垫间不同配合条件下的自润滑关节轴承承载能力进行推导.分析了各轴径载荷比下,间隙配合与过盈配合对自润滑关节轴承承受复合载荷时的接触区域和最大接触应力的影响.结果表明,各种轴径载荷比、配合条件下,轴承承载能力均遵从共同的规律:同轴径载荷比的一般情况下,相比于零间隙,承载能力均随着间隙值或过盈值的...