基于强化研磨的轴承套圈表面“油囊”研究

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1、基于强化研磨的轴承套圈表面“油囊”研究梁忠伟1，2温溢恒1，2刘晓初1，2王豪1（1.广州大学机械与电气工程学院，广东广州510006；2.广州市金属材料强化研磨高性能加工重点实验室，广东广州510006）摘要：为研究强化研磨加工后轴承套圈表面的形貌变化以及验证微观“油囊”的存在，结合试验，分析加工前后轴承套圈表面形貌，并对表面微观“油囊”进行定量分析。结果表明：经强化研磨加工后，套圈表面存在明显的皱褶与大量的小凹坑，验证了微观“油囊”的存在，且分析得出“油囊”具有较强的储油能力，可达到自润滑的

2、效果。基金项目：国家自然科学基金，项目编号：51275100；项目名称：国家科技支撑计划项目，项目编号：2011BAF09B01.jyqkm，宽度为10.00mm。1.2试验强化研磨料的配制试验中强化研磨料主要由研磨粉（其主要成分为棕刚玉）、研磨强化液、铸钢丸以及轴承钢丸按照质量分数比例配制而成。强化研磨料的组分如表1所示。1.3试验方案加工参数分别设置为：（1）喷嘴与套圈表面距离为45mm；（2）喷射角度为45°；（3）工件转速为150r/min；（4）加工压力为0.4MPa；（5）加工时间为

3、5min。加工完成后，采用线切割技术分别对未经强化研磨的轴承套圈和经强化研磨的轴承套圈进行切割取样，选择理想区域，采用型号为JSM-7001F的场发射扫描电子显微镜（FESEM）来观察两个轴承套圈试样的表面微观形貌。2试验结果与分析2.1表面微观形貌对比未经强化研磨的轴承套圈试样，经场发射扫描电子显微镜放大1000倍后的表面微观形貌如图1所示。从图中可看出，轴承套圈表面形貌较为规律，且平整、光洁，无明显皱褶和凹坑，纹理清晰、规则。其原因在于，未经强化研磨加工的轴承套圈是经过精加工处理的，因此纹理

4、方向一致，表面粗糙度较小，但无明显的小凹坑“油囊”，不利于储存润滑油。经强化研磨的轴承套圈试样，经场发射扫描电子显微镜放大1000倍后的表面微观形貌如图2所示。从图中可看出，轴承套圈表面微观形貌变得杂乱无章，纹理紊乱且较为模糊，表面出现明显的皱褶与凹坑。强化研磨加工过程中，研磨料高压喷射到套圈表面，使其发生弹塑性变形，表面纹理变得紊乱，且出现大量的小凹坑，由于存在小凹坑，故轴承在润滑的过程中，更有利于储存油分子，实现自润滑的目的。这表明经强化研磨加工后，轴承套圈出现了有利于储存油分子的微观“油囊

5、”，可以大大降低轴承运动时的摩擦系数，减少了轴承的磨损。2.2表面微观“油囊”大小定量分析经强化研磨加工后的轴承套圈表面出现的“油囊”较多，且形状大小不一，选择经场发射扫描电子显微镜扫描放大5000倍后的表面微观形貌图，在图上选取6个不同区域的“油囊”，如图3所示。根据图像比例估算“油囊”实际面积，并通过单分子油膜法来估算油分子直径，得出其直径为d=3.0×10－10m，同时由圆形面积公式S=πd2/4，可计算出油分子中心横截面面积为S油=7.07×10-20m2。由此，可计算得到单个微观“油囊

6、”容纳油分子的数目，如表2所示。从表2可以看出，轴承套圈经过强化研磨加工后，其表面产生的皱褶与小凹坑，即微观“油囊”，均具有较强的储油能力。其中，面积最小的区域为S4，该处“油囊”约容纳6.36×107个油分子；面积最大的区域为S3，该处“油囊”容纳的油分子数约达1.62×108个；6个不同区域的微观“油囊”平均可容纳油分子数约为1.17×108个。因此，与未经强化研磨加工的轴承套圈相对比，经强化研磨加工后的轴承套圈具有更强的储油能力，经加工后表面产生的微观“油囊”能有效储存油分子，在轴承工作过

7、程中，达到自润滑的效果，降低摩擦，减少磨损，延长了轴承的使用寿命。3结论（1）经强化研磨加工的轴承套圈，其表面整体形貌紊乱，纹理模糊不清，存在明显的皱褶与凹坑，产生了有利于储存油分子的微观“油囊”。（2）强化研磨加工后的轴承套圈表面的微观“油囊”具有较强的储油能力，可以使轴承降低摩擦系数，减少磨损，提高疲劳寿命，同时实现少油润滑，减少了添加润滑剂的次数，提高了工作效率，为实现轴承自润滑功能提供了参考。［..