自润滑关节轴承及其寿命评估研究进展

自润滑关节轴承及其寿命评估研究进展

季双1 ,魏小春2

上海市轴承技术研究所有限公司  上海  201801

摘要：自润滑关节轴承的结构十分简单、不需要进行维护、无需添加任何润滑剂，所以其在工业领域的应用日渐广泛。但我国在此方面的研究较晚，相关技术仍较为落后，所以许多自润滑关节轴承依赖于进口。导致我国未在此方面取得突破的主要原因在于是我国在自润滑材料研制方面还有较大提升空间，同时无法有效评估自润滑关节轴承的寿命。因此，本文就自润滑关节轴承及其寿命评估进展进行研究分析，以供参考。

关键词：自润滑关节轴承；寿命评估；润滑材料

引言：自润滑关节轴承是在时代的发展下产生的滑动轴承，但我国在此方面的研究较晚，无法对自润滑关节轴承的寿命进行有效评估，导致轴承使用的安全性造成了直接影响。由于其应用范围较广，且发挥着至关重要的作用，所以相关专家及学者对其寿命评估进行了研究。下列就此进行深入研究，以期为相关专家的学者带来启发，为自润滑关节轴承的使用提供保障。

1.自润滑关节轴承概述

自润滑关节是时代发展的产物，隶属于滑动轴承，结构十分简单，无需添加任何润滑剂，不需进行维护，所以得到了广泛应用。

传统的自润滑轴承的组成部分为外圈、带有盲孔的内圈。外圈是轴承钢，内圈是铜合金，盲孔内通常会镶嵌固体润滑膏。工作原理为：受力的作用的影响，外圈内表面、内圈外表面、盲孔固体润滑材料发生相对位移，并形成摩擦副，从而降低摩擦系数，减少磨损。

随着时代的发展，相关专家及学者就关键轴承的研究，逐渐发展出内圈无盲孔关节轴承。其可分为两种，即粉末冶金轴承，轴承钢或碳素钢（内外圈）的轴承。前者的特点为：内圈外圈材料皆采用粉末冶金的方法进行制备。因为粉末冶金材料的空隙较多，所以将其放入润滑油浸泡可制作为带有自润滑特点的含油轴承。不过，该轴承的韧性比轴承钢要低，受热时润滑油、脂会分解、失效。后者外圈表层涂有固体润滑材料，且应用范围相对较广。因此，该轴承可提高轴承承载能力，且结构简单、加工便利、成本低廉。

固体润滑剂具有减少摩擦力、提高承载力的作用。固体润滑材料在对磨过程中可在摩擦副间形成转移膜，做到有效隔离对磨材料，并使摩擦只发生于固体润滑材料之间。因固体润滑材料具有剪切强度较小的特点，所以可将摩擦系数大幅度降低。固体润滑膜通常是指对磨材料的最表层薄膜，摩擦过程中受到物理、化学作用的影响，其会向对膜表面转移，转移膜便是转移后形成的薄膜。由于转移膜与固体润滑膜为同一种材料，所以可在一定程度上减少磨损。

想要将固体润滑剂的效用最大限度地发挥出来，就需为固体润滑膜均匀稳定的形成提供保障。若其生成与消耗速度相对平衡，便可为润滑状态提供保障，并延长轴承使用寿命。若固体润滑膜不断被消耗，且从摩擦副中挤出，便会出现衬垫脱落的情况，导致润滑效果受到影响。此外，转移膜处于完整状态可起到良好的密封作用。

2.自润滑关节轴承的寿命评估

自润滑关节轴承与其他轴承不同，且我国在此方面的研究较晚，所以，在自润滑关节轴承寿命评估方面存在一定问题。

常见的自润滑关节轴承的外圈表面附有自润滑材料，所以不需要添加任何润滑剂，不需要进行维护。但其工作环境相对复杂，负载较大，很容易使关节轴承过度磨损。因其结构特殊，所以我们无法通过简单的观察及检测手段了解自润滑关节轴承是否出现磨损。为增强自润滑关节轴承的使用的安全性，国内外在其寿命评估方面进行了深入研究。

研究表明，轴承寿命与润滑材料、速度、温度、载荷、摆动幅度、摆动频率有关，且其成正比。温度升高时，载荷加大、速度加快、摆动幅度越来越大时，自润滑轴承磨损加剧，使用寿命便会降低。由于自润滑关节轴承还被应用于卫星、太空飞行器中，所以其还会受超高真空、宇宙尘、原子氧、辐照等因素的影响。所以，相关工作人员仍需对其进行研究，以确保自润滑关节轴承能够安全长期地使用。

目前，我国在进行自润滑轴承寿命评估方面的研究时，多以摩擦磨损理论为基础。且以磨损机理、工作特性、结构特点、零部件功能要求等为依据进行了使用寿命模型的建立，对相关研究做出了巨大贡献。

1993年，相关专家及学者对轴承失效形式、原因进行研究，且根据研究结果建立了国产关节轴承失效判据，并根据现有的寿命计算方法、相关实验结果对使用寿命（国产关节轴承）的计算方法进行了建立。而后，以边界润滑理论为依据，对关节轴承润滑、摩擦现象进行研究，提出了对内外圈接触球面的摩擦系数进行计算的方法，对寿命估算方法进行简化。2013年，依据组合磨损方法，张详坡等[5]人对自润滑向心关节轴承、自润滑推力关节轴承的磨损寿命模型进行了建立。

在常规荷载下进行自润滑关节轴承寿命试验时，需花费大量时间、精力，且成本较高。这显然不是我们想要的，所以，卢建军等[6]进行了研究。其采用的方法为：保证轴承故障模式、故障机理不变的情况下加大荷载进行了试验，并以寿命应力曲线、加速方程对轴承正常情况下的使用寿命进行了推导，研究结果为：摆动频率越高，倾斜摆动和复合摆动的寿命值越接近；频率越低，旋转摆动下的寿命与倾斜摆动下的寿命越接近。还有人根据高速自润滑关节寿命服从Weibull分布规律特点进行研究，对最小二乘和平均秩次进行了联合，对Weibull分布模型参数进行估计，且通过该方法获得了轴承损耗寿命的相关函数，如分布函数、可靠度、失效率函数。

虽然我国在此方面已经得到了一定的成果，但是如何得到可靠性更高的轴承寿命预测值是相关专家及学者仍需深入探究的问题，因此，需基于研究现状进行进一步的探索。

结语：综上所述，自润滑关节轴承是在时代的发展下产生的滑动轴承，但我国对自润滑关节轴承的研究较晚，在相关技术方面落后于国外，所以军用自润滑关节轴承依赖于进口，这对我国军事发展造成了制约。而出现这种情况的原因之一为无法有效评估自润滑关节轴承的寿命，所以，相关专家及学者进行了研究。上述对研究进展进行了分析，发现我国在此方面已经得到了一定的成果，但是如何得到可靠性更高的轴承寿命预测值仍是相关专家及学者仍需深入探究的问题。因此，需基于研究现状进行进一步的探索，以在自润滑关节轴承方面的研究赶超西方国家，并为自润滑关节轴承安全长期的应用提供保障，为我国军事发展打下坚实基础。

参考文献

[1]李俊超,朱丽娜,马国政,etal.自润滑关节轴承质量检测及寿命评估研究现状[J].材料导报,2018,32(21):9.

[2]周占生.正弦载荷下自润滑关节轴承磨损机理研究及寿命分析[D].河南科技大学.

[3]W.HK.我国直升机所自润滑关节轴承共性技术突破瓶颈[J].军民两用技术与产品，2016(7):1.

[4]邱明周大威周占生.基于加速寿命试验的自润滑关节轴承可靠性分析[J].兵工学报,2018,039(007):1429-1435.

[5]张详坡，尚建忠，陈循，等.自润滑关节轴承磨损寿命模型[J].国技大学学报，2013（6）：53.

[6]李彦伟，林晶，张令，等.基于Weibull分布的高速自润滑关节轴承可靠性分析[J].轴承，2014（9）:40.