向心關(guān)節(jié)軸承的摩擦磨損性能研究
2021-02-19 17:47:13??????點(diǎn)擊：
首先要將優(yōu)化前后的GEZ101ES向心關(guān)節(jié)軸承樣品的外圈切割成兩片圓心角為170。的軸瓦，將軸承內(nèi)囹固定于同摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)連接的軸．采用南京航空航天大學(xué)研制的軸承摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(見圖3)進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)．首先在頻率0．12 Hz、擺角±30。、MoS 鋰基脂潤(rùn)滑、不同正壓力條件下測(cè)定摩擦系數(shù)．先將正壓力加載到150 kN，測(cè)定相應(yīng)的摩擦系數(shù)，再依次按正壓力250 kN、357 kN、500 kN、607 kN加載，測(cè)定相應(yīng)的摩擦系數(shù)．共測(cè)定19組不同正壓力條件下的摩擦系數(shù)，取不同正壓力條件下摩擦系數(shù)的平均值作為關(guān)節(jié)軸承設(shè)計(jì)、計(jì)算及使用的依據(jù)．由于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)擺動(dòng)過程中的摩擦力同擺動(dòng)角有關(guān)，故從摩擦學(xué)角度而言，擺動(dòng)時(shí)只要能通過最大摩擦力位置，則一定能夠通過其它位置．鑒于此，我們測(cè)量得到最大摩擦力，并將其換算成摩擦系數(shù)，即得到最大摩擦系數(shù)．
其次，我們用優(yōu)化前后的GEZ101ES關(guān)節(jié)軸承試件進(jìn)行磨損對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：正壓力607 kN，擺動(dòng)頻率0．12 Hz，擺角±30。，在軸承的內(nèi)外圈接觸點(diǎn)附近擺動(dòng)．規(guī)定以溫升≥150℃、內(nèi)圈或者外圈的磨損量≥150 m或套圈燒傷等3種情況之一作為判定磨損失效的依據(jù)．在全部試驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)套圈燒傷現(xiàn)象，經(jīng)連續(xù)12 h磨損試驗(yàn)后試件溫升不超過40℃ ，故以磨損量150 m作為試驗(yàn)終止的判定依據(jù)．用數(shù)顯溫度儀監(jiān)測(cè)軸承的溫度，采用千分表，在磨損試驗(yàn)過程中每隔4～6 h測(cè)量軸承外圈的厚度，用千分尺測(cè)量軸承內(nèi)圈球徑，磨損厚度等于初始厚度減去磨損試驗(yàn)后測(cè)定的厚度．
采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察GEZ101ES關(guān)節(jié)軸承外圈磨損表面形貌，結(jié)果與分析摩擦學(xué)學(xué)報(bào) 摩擦系數(shù)優(yōu)化前后的GEZ101ES關(guān)節(jié)軸承在MoS 鋰基脂潤(rùn)滑、不同正壓力的摩擦系數(shù)示于圖4．可 看出，0¨u lIna LJ-k圖4 GEl01ES正壓力與摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線Fig 4 Relationship between frictior,coeKicient and normal load for GEl0IES GEZ101ES關(guān)節(jié)輔承在優(yōu)化前后的摩擦系數(shù)變化不大．在定期潤(rùn)滑條件下，當(dāng)正壓力處于150～607 kN范圍內(nèi)時(shí)．相應(yīng)的摩擦系數(shù)為0．089~0．067，摩擦系數(shù)隨正壓力增加而有所減小，符合正常的摩攘離損規(guī)律．
磨損性能圖5示出了優(yōu)化前后GEZ1 01ES關(guān)節(jié)軸承磨損Fig 5 Wear depth of spherical bearing： s．sliding dista rwe圈5 關(guān)節(jié)輔承的磨損曲線深度隨磨損行程變化的關(guān)系曲線．可見．當(dāng)承載力為607 kN，外圈磨損量為1 50 m時(shí)，軸承兩片外圈的磨損量相近．未優(yōu)化的關(guān)節(jié)軸承磨損行程為1 3 847 1TI，而優(yōu)化后的關(guān)節(jié)軸承膳損行程為15 760 m．與此同時(shí)，在適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑條件下，連續(xù)磨損過程中軸承溫升變化不大，一般連續(xù)運(yùn)行12 h溫升不過30，C(室溫為笫24卷5～1 ℃)．測(cè)得相應(yīng)的摩擦系數(shù)約為0．070，說明該婁軸承的摩擦系數(shù)較穩(wěn)定2．3 磨損表面形貌圖6示出了軸承外圈磨損表面形貌SEM照片．F 6 SEM images 0f wDrn su rface of GEZ101ES(500× 】圖5 GEZ101ES磨損表面形貌SEM腑片(×500)可見其表面存在點(diǎn)蝕坑．據(jù)此可 推測(cè)．在擺動(dòng)條仆下，關(guān)節(jié)軸承的損傷主要源于表面疲勞磨損．
結(jié)論相應(yīng)的有限元分析最大能磺誤差為7．5 ，說明所選擇的同格精度滿足要求．結(jié)果可靠．b． 優(yōu)化后的關(guān)節(jié)軸承所受的應(yīng)力同憂化前的相比減小29．2 ．c． 關(guān)節(jié)袖承在優(yōu)化前后的摩擦系數(shù)無顯菩變化，但優(yōu)化后的磨損壽命比優(yōu)化前的顯著提高．相應(yīng)的計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果相一致．
其次，我們用優(yōu)化前后的GEZ101ES關(guān)節(jié)軸承試件進(jìn)行磨損對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：正壓力607 kN，擺動(dòng)頻率0．12 Hz，擺角±30。，在軸承的內(nèi)外圈接觸點(diǎn)附近擺動(dòng)．規(guī)定以溫升≥150℃、內(nèi)圈或者外圈的磨損量≥150 m或套圈燒傷等3種情況之一作為判定磨損失效的依據(jù)．在全部試驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)套圈燒傷現(xiàn)象，經(jīng)連續(xù)12 h磨損試驗(yàn)后試件溫升不超過40℃ ，故以磨損量150 m作為試驗(yàn)終止的判定依據(jù)．用數(shù)顯溫度儀監(jiān)測(cè)軸承的溫度，采用千分表，在磨損試驗(yàn)過程中每隔4～6 h測(cè)量軸承外圈的厚度，用千分尺測(cè)量軸承內(nèi)圈球徑，磨損厚度等于初始厚度減去磨損試驗(yàn)后測(cè)定的厚度．
采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察GEZ101ES關(guān)節(jié)軸承外圈磨損表面形貌，結(jié)果與分析摩擦學(xué)學(xué)報(bào) 摩擦系數(shù)優(yōu)化前后的GEZ101ES關(guān)節(jié)軸承在MoS 鋰基脂潤(rùn)滑、不同正壓力的摩擦系數(shù)示于圖4．可 看出，0¨u lIna LJ-k圖4 GEl01ES正壓力與摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線Fig 4 Relationship between frictior,coeKicient and normal load for GEl0IES GEZ101ES關(guān)節(jié)輔承在優(yōu)化前后的摩擦系數(shù)變化不大．在定期潤(rùn)滑條件下，當(dāng)正壓力處于150～607 kN范圍內(nèi)時(shí)．相應(yīng)的摩擦系數(shù)為0．089~0．067，摩擦系數(shù)隨正壓力增加而有所減小，符合正常的摩攘離損規(guī)律．
磨損性能圖5示出了優(yōu)化前后GEZ1 01ES關(guān)節(jié)軸承磨損Fig 5 Wear depth of spherical bearing： s．sliding dista rwe圈5 關(guān)節(jié)輔承的磨損曲線深度隨磨損行程變化的關(guān)系曲線．可見．當(dāng)承載力為607 kN，外圈磨損量為1 50 m時(shí)，軸承兩片外圈的磨損量相近．未優(yōu)化的關(guān)節(jié)軸承磨損行程為1 3 847 1TI，而優(yōu)化后的關(guān)節(jié)軸承膳損行程為15 760 m．與此同時(shí)，在適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑條件下，連續(xù)磨損過程中軸承溫升變化不大，一般連續(xù)運(yùn)行12 h溫升不過30，C(室溫為笫24卷5～1 ℃)．測(cè)得相應(yīng)的摩擦系數(shù)約為0．070，說明該婁軸承的摩擦系數(shù)較穩(wěn)定2．3 磨損表面形貌圖6示出了軸承外圈磨損表面形貌SEM照片．F 6 SEM images 0f wDrn su rface of GEZ101ES(500× 】圖5 GEZ101ES磨損表面形貌SEM腑片(×500)可見其表面存在點(diǎn)蝕坑．據(jù)此可 推測(cè)．在擺動(dòng)條仆下，關(guān)節(jié)軸承的損傷主要源于表面疲勞磨損．
結(jié)論相應(yīng)的有限元分析最大能磺誤差為7．5 ，說明所選擇的同格精度滿足要求．結(jié)果可靠．b． 優(yōu)化后的關(guān)節(jié)軸承所受的應(yīng)力同憂化前的相比減小29．2 ．c． 關(guān)節(jié)袖承在優(yōu)化前后的摩擦系數(shù)無顯菩變化，但優(yōu)化后的磨損壽命比優(yōu)化前的顯著提高．相應(yīng)的計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果相一致．
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