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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，北京1 0 0 0 2 8 ) 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】V 2 2 9 + 1f 文献标识码】C 【文章编号】1 0 0 3 6 6 6 0 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 0 9 0 4 【D O I 编码】1 0 1 3 2 3 7 j c n k i a s q 2 0 1 6 0 2 0 0 2 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f 1 。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。 M I L H D B K 1 5 9 9 A t 2 】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：在一5 0 0 F 7 0 0 F 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 数开展了部分的研列3 1 ，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】2 0 1 5 1 2 0 1 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 ( P T F E ) 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 为一5 5 1 6 3 ，本文在该温度范围内均匀地选择 万方数据 d 险航空标准化与质量2 0 1 6 年第2 期 了7 个试验点。按E N 2 3 1 l 【4 】航空自润滑轴衬技术 规范自润滑轴衬的额定压强为2 0 6 M P a ，因此本 文选择最大压强为2 0 6 M P a ，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5 5H R C 6 0H R C ，表面粗糙度为R a 0 2 。 F = 0 2 0 6 d ( Z 一，1 一1 8 ) ( 1 ) 式中：F 一径向载荷( k N ) ； d 一轴衬内径( m m ) ； 卜一轴衬长度( m m ) ； ，一轴衬法兰的厚度( m m ) 。 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 5 53 003 07 51 2 01 6 3 1 9 载 3 8 荷 k N 5 7 7 6 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 ) j F 。R 式中：一摩擦系数； 丁一摩擦力矩( N 佃) ； 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1 7 4 P H 不锈钢制造，自润 滑衬垫采用P T F E 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G C r l 5 轴承钢制造， 硬度5 8H R C ，表面粗糙度R a 0 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 0 0 1um 0 0 1 4l am 的过盈配合。试验芯轴与轴衬 之间采用0 0 3 4l am 0 0 5 6um 的间隙配合。加载 板与电子万能试验机相连，能够对轴衬施加规定的 图1 自润滑轴衬结构图 轴承 图2 试验装置不意图 径向载荷，电子万能试验机的载荷精度为1 。 摩擦力矩采用力矩扳手进行测量，其测量精度为 1 。 整个试验装置放置在高低温试验箱中，试验箱 的可调温度范围为一6 0 2 0 0 ，可以提供设定的 恒温环境。 2 4 试验过程 首先将试验装置在设定的温度下恒温4 h ，然后 利用电子万能试验机对轴衬施加规定的径向载荷， 利用扭矩扳手测量试验芯轴旋转时的摩擦力矩。接 着改变载荷的大小，测量在同一温度条件下不同径 向载荷下的摩擦力矩。测量完所有的载荷点后，改 变温度条件，重复上述试验过程，直至所有温度条 件都测试完毕，这样就可以得到不同温度和环境条 件下的摩擦力矩。 万方数据 3 试验结果与分析 按照上述试验方法测量得到了不同载荷和温度 组合条件下自润滑轴承的摩擦力矩。按照式( 2 ) 通过计算得到了不同载荷和温度组合条件下自润滑 轴衬的摩擦系数，如图3 、图4 所示。图3 为不同载 荷条件下，摩擦系数随温度变化的曲线，图4 为不 同温度条件下，摩擦系数随载荷变化的曲线。 瓤 垛 蜓 1 望| 图3 摩擦系数随温度变化曲线 图4 摩擦系数随载荷变化曲线 3 1 温度对摩擦系数的影响分析 从图3 中可以看出，在相同的载荷条件下， 摩擦系数基本上是随温度的升高而下降，其中 在55 30 区间，下降的速率较大，而在 3 0 1 6 3 区间，下降的速率较小，这说明低温 环境对自润滑关节轴承的摩擦系数影响更大，而高 标准化研究砼 温环境对摩擦系数的影响相对较小。 如前面所述，自润滑轴承的自润滑性能主要来 自P T F E ，P T F E 分子内靠共价键结合，分子内结合 牢固。而分子之间依靠分子间作用，结合力较弱， 而P T F E 与金属表面的粘附力较强。自润滑轴承在 转动时，由于P T F E 大分子之间结合力较弱，所以 更容易在轴承对偶面形成一层高度取向的转移膜， 构成P T F E 与P T F E 之间的摩擦，从而达到良好自润 滑的功能。 P T F E 材料的性能参数，拉伸强度、延伸率和 热膨胀系数等都会随着温度的变化而变化，呈现出 一种流变性，在不同温度下具有不同的力学性能。 研究表明 5 6 P T F E 材料的拉伸强度和弹性模量随着 温度的上升都呈下降趋势，P T F E 材料的极限名义 应变随温度升高而线性增长。当温度大于2 5 时， 极限名义应变几乎不受温度的影响。 因此，白润滑轴承摩擦系数随试验环境温度的 升高而下降的现象，是由于随着环境温度的升高， 自润滑衬垫的P T F E 材料不同程度上的软化，剪切 力下降，从而降低了摩擦系数。 从图3 中还可以看出，载荷大于3 8 k N 以上时， 摩擦系数在1 2 0 1 6 3 区间出现了略微的上升， 这主要是由于在高载高温的条件下，摩擦副的温度 更高，导致自润滑衬垫中的树脂和纤维材料由于高 温的作用，分子间的结合力减小，其向对偶表面大 量转移，从而导致摩擦系数增大。 3 2 载荷对摩擦系数的影响分析 从图4 中可以看出，在相同的温度条件下，自 润滑轴承的摩擦系数随载荷的增加基本呈下降趋 势，但变化的幅度不大。说明白润滑轴承的摩擦系 数对载荷的变化不敏感。在0 以下的低温环境条 件下，载荷对摩擦系数影响相对较大。 载荷对摩擦系数的影响机理主要是随着载荷的 增大，在载荷的作用下，试验芯轴和衬垫的变形量 也越来越大。衬垫在内外圈的挤压作用下，使得衬 垫与试验芯轴表面的有效接触面积增大，从而一定 程度上降低了摩擦系数，但由于这一因素对摩擦系 数的影响较小，因此表现出摩擦系数对载荷的变化 不敏感。 4 结论 本文对自润滑轴承的摩擦系数进行了研究， 万方数据 d 险航空标准化与质量2 0 1 6 年第2 期 G a s z1 7 0 系列标准的实施与探讨 石玲玲1 冯茜2 ( 1 中国空空导弹研究院，河南洛阳4 7 1 0 0 0 ；2 驻中国空空导弹研究院军事代表室，河南洛阳4 7 1 0 0 0 ) 【摘要1 结合G J B Z1 7 0 军工产品设计定型文件编制指南系列标准在空空导弹设计定型工作中的贯 彻实施情况、存在的问题及解决情况、贯标体会等方面进行了重点介绍。 【关键词】G J B Z17 0 ；定型文件；贯彻实施 【中图分类号】V 2 6 6 5 【文献标识码】C 【文章编号】1 0 0 3 6 6 6 0 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 0 1 2 0 5 【D O I 编码】1 0 1 3 2 3 7 巧c n k i a s q 2 0 1 6 0 2 0 0 3 2 0 l3 年一级定办依据定型法规，结合近年 来经验成果，针对定型文件编制标准不统一， 格式不规范，内容不细致、不全面等问题，组 织编写了指导和规范装备定型文件编制的G J B Z 1 7 0 1 1 7 0 1 8 2 0 1 3 军工产品设计定型文件编制 指南1 8 项系列标准，于2 0 1 3 年7 月由总装备部正 式发布实施。此系列标准是G J B1 3 6 2 A 2 0 0 7 军 工产品定型程序和要求的支撑性标准，是对设 收修订稿日期】2 0 1 5 1 2 1 8 计定型文件编制要求的迸一步规范和细化。G J B 1 3 6 2 A 一2 0 0 7 中7 2 1 要求的设计定型文件共2 3 项， 根据设计定型文件编制的实际需要，G J B Z1 7 0 系列标准规定了1 7 项设计定型文件的编制要求， G J B Z1 7 0 1 2 0 1 3 的附录A 中规定了1 0 N 设计定型 文件执行的有关规定或现行标准。 G J B Z1 7 0 系列标准中设计定型文件编制框架 见图1 ，具体内容见表1 。 通过试验测量了自润滑轴承在不同温度和载荷组 合条件下摩擦系数的变化规律。通过研究可以发 现自润滑轴承的摩擦系数对温度的变化更敏感，尤 其对3 0 以下的温度变化敏感。随着温度的升高 摩擦系数一般会逐步降低。这是由于白润滑衬垫中 的P T F E 材料的强度随温度的升高而降低，因此摩 擦系数下降。但在一定载荷条件下，在1 2 0 以上 时，摩擦系数会出现略微的上升，这是由于高温的 作用使得P T F E 材料向对偶表面大量转移造成的。 自润滑轴承的摩擦系数随载荷的增加会逐