自润滑轴承摩擦系数研究

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1、自润滑轴承摩擦系数研究林晶赵颖春李彦伟常志刚(中航工业综合技术研究所，北京100028)标准化研究【摘要】开展了温度和载荷对白润滑轴承摩擦系数的影响研究，通过试验测量了不同载荷和温度条件下自润滑轴承的摩擦系数，并对结果进行了分析，得到了摩擦系数随载荷和温度的变化规律，为自润滑轴承的设计使用提供必要的支撑。【关键词】摩擦系数；自润滑；轴承冲图分类号】V229+．1f文献标识码】C【文章编号】1003—6660(2016)02．0009．04【DOI编码】10．13237／j．cnki．asq．201

2、6．02．002自润滑轴承是近些年发展迅速的轴承产品，其结构简单、承载大、寿命长、免维护，广泛应用于航空、机械等装备中。自润滑轴承的摩擦系数是自润滑轴承的重要参数，是自润滑轴承设计、选用及使用中主要关注的参数之一。研究表明在工作状况下，自润滑轴承的摩擦系数除与自身的结构和性能参数有关外，还与径向载荷、摆动频率、摆动次数、摆动角度、接触面温度和表面粗糙度等因素密切相关f1]。自润滑轴承在运动时自润滑衬垫与对偶表面相对滑动下产生摩擦，在轴承启动时，即轴承刚开始转动时，摆动频率、摆动次数、摆动角度等因素

3、对于轴承的启动力矩没有影响，而影响轴承摩擦系数的因素主要包括载荷、接触面温度等因素。MIL．HDBK．1599At2】《飞机机械系统和子系统设计和制造中使用的轴承、操纵系统及相关硬件》研究了载荷和温度对自润滑轴承的摩擦系数的影响，给出了不同温度和载荷条件下的自润滑轴承摩擦系数曲线。研究发现：在一500F～700F范围内，随着载荷增大，自润滑关节轴承的摆动摩擦系数呈下降趋势；随着温度增加，自润滑轴承的摆动摩擦系数也呈现下降趋势。我国对自润滑轴承的相关研究起步较晚，只针对自润滑关节轴承启动力矩等参数开

4、展了部分的研列31，还没有对自润滑轴承摩擦系数开展研究，对国产自润滑轴承的摩擦系数还没有充分掌握。为了掌握国产航空自润滑轴承的摩擦系数变化规律，本文开展不同环境温度和载荷条件下的自润[收修订稿日期】2015—12—01滑轴承摩擦系数研究，通过测量分析不同载荷和温度条件下自润滑轴承的摩擦系数，研究自润滑轴承摩擦系数随载荷和温度的变化规律，以期为我国航空自润滑轴承设计使用提供必要的支撑。1自润滑轴承简介自润滑轴承主要分为自润滑关节轴承和轴衬，其中自润滑关节轴承具有调心功能。自润滑衬垫是自润滑轴承的关键

5、组成部分，其自润滑功能的实现主要来自于自润滑衬垫。自润滑轴承的摩擦学性能的好坏与自润滑衬垫自身的结构、性能密切相关。目前自润滑衬垫一般采用聚四氟乙烯(PTFE)和芳纶纤维复合编织而成，采用酚醛树脂或聚酰亚胺树脂进行填充固化，并利用胶黏剂粘接在金属基底上。自润滑衬垫中的聚四氟乙烯纤维是主要的自润滑材料，具有良好的自润滑性能。2试验研究2．1试验方案为了研究自润滑轴承的摩擦系数，采用航空用自润滑轴衬作为白润滑轴承摩擦系数的研究对象。自润滑轴衬的自润滑衬垫与试验芯轴的外表面构成摩擦副，通过测量该摩擦副之

6、间的摩擦系数来研究自润滑轴承摩擦系数的变化规律。试验的载荷和温度范围以及对偶表面的相关参数是按照航空自润滑轴承在飞机上的使用条件确定的。目前航空自润滑轴承使用的温度范围一般为一55℃～163℃，本文在该温度范围内均匀地选择d险航空标准化与质量2016年第2期了7个试验点。按EN231l【4】《航空自润滑轴衬技术规范》自润滑轴衬的额定压强为206MPa，因此本文选择最大压强为206MPa，然后在最大的载荷范围内，均匀地选择了4个试验点。轴衬载荷的计算公式见式(1)。与轴衬配合的对偶表面其硬度一般都在

7、55HRC～60HRC，表面粗糙度为Ra0．2。F=0．206d(Z一，1一1．8)(1)式中：F一径向载荷(kN)；d一轴衬内径(mm)；卜一轴衬长度(mm)；，，一轴衬法兰的厚度(mm)。试验采用正交试验方法，试验测试的温度和载荷参数组合如表1所示。表1试验参数组合温度(℃)参数．55—300307512016319√载38√荷kN57√76√自润滑轴衬的摩擦系数是通过测量轴衬的摩擦力矩间接得到的，摩擦系数u的计算方法见式(2)。丁∥2而‘2)jF。R⋯式中：∥一摩擦系数；丁一摩擦力矩(N佃)

8、；F一载荷(N)；尺一轴衬内孔半径(m)。2．2试验件自润滑轴衬的结构和主要尺寸如图l所示，自润滑轴衬的金属基底采用17．4PH不锈钢制造，自润滑衬垫采用PTFE纤维和芳纶纤维复合编织而成，采用酚醛树脂进行填充固化。与其配合的试验芯轴采用GCrl5轴承钢制造，硬度58HRC，表面粗糙度Ra0．2。2．3试验装置自润滑轴承摩擦系数的试验装置如图2所示，轴衬安装在加载板中，加载板与轴衬之间的采用0．001um～0．014lam的过盈配合。试验芯轴与轴衬之间采用0．034lam～0．05