自润滑关节轴承及其寿命评估研究进展

《自润滑关节轴承接触性能分析》篇一一、引言自润滑关节轴承，作为机械装置中的关键元件，其接触性能的优劣直接关系到整个机械系统的运行效率和寿命。

本文将重点分析自润滑关节轴承的接触性能，从材料选择、结构设计、接触应力分布等多个角度进行深入探讨，以期为提高其接触性能提供理论依据和参考。

二、自润滑关节轴承概述自润滑关节轴承是一种具有自润滑特性的轴承，通过内置润滑系统，能够在轴承运转过程中实现自我润滑，有效减少摩擦磨损，提高轴承的使用寿命。

其广泛应用于工程机械、汽车制造、航空航天等领域。

三、材料选择对接触性能的影响材料的选择是影响自润滑关节轴承接触性能的关键因素之一。

首先，轴承内外部材料应具备优良的抗磨性能、耐腐蚀性能以及较高的硬度，以确保在长时间的工作环境中保持良好的运转性能。

此外，为提高轴承的自润滑性能，一般选用含有固体润滑剂的复合材料，如聚四氟乙烯（PTFE）等。

这些材料在摩擦过程中能够形成转移膜，有效降低摩擦系数，提高轴承的承载能力和使用寿命。

四、结构设计对接触性能的影响自润滑关节轴承的结构设计也是影响其接触性能的重要因素。

合理的结构设计能够使轴承在运转过程中保持稳定的润滑状态，降低摩擦磨损。

首先，轴承的内圈和外圈应具有良好的同心度，以确保在运转过程中保持稳定的运动轨迹。

其次，轴承的沟道设计应合理，以降低应力集中，提高承载能力。

此外，为便于润滑剂的补充和排出，轴承应设有合理的油孔和油槽。

五、接触应力分布分析自润滑关节轴承的接触应力分布直接关系到其承载能力和使用寿命。

在运转过程中，轴承受到来自内外部的各种力的作用，使得接触应力在轴承表面发生分布。

通过有限元分析等方法，可以对轴承的接触应力进行定量分析，了解其分布规律及影响因素。

合理的设计和材料选择可以优化接触应力分布，提高轴承的承载能力和使用寿命。

六、实验验证与分析为验证理论分析的正确性，本文进行了自润滑关节轴承的实机实验。

通过在不同工况下对轴承进行测试，观察其摩擦系数、温度、磨损量等指标的变化，进一步分析其接触性能。

自润滑关节轴承由于具有结构简单、承载能力强、适应温度范围广、在服役过程中无需添加润滑剂等特点，被广泛应用在航空航天、水利电力、军工机械等行业。

与此同时，高端、精密、大型装备的发展对自润滑关节轴承的摩擦学性能、使用寿命和可靠性提出了更高的要求。

自润滑关节轴承所使用的自润滑材料性能直接决定了轴承的寿命和性能水平，因此开展对自润滑材料性能的研究成为提高自润滑关节轴承质量和延长其寿命的关键。

自润滑关节轴承通过在轴承外圈内侧粘结、镶嵌固体润滑材料或者表面改性生成润滑膜层等方式形成润滑结构，该部分润滑结构与轴承内圈形成自润滑摩擦面。

图1所示为轴承分别以内侧粘结PTFE衬垫、表面溅射沉积碳基薄膜的方式实现自润滑。

图1 自润滑关节轴承结构：(a) 衬垫类自润滑关节轴承；(b) 碳基薄膜型自润滑关节轴承目前，自润滑衬垫材料大致分为三种，即金属背衬层状复合材料、聚合物及其填充复合材料和PTFE纤维织物复合材料。

自润滑衬垫材料的摩擦学性能、衬垫粘结前的处理方式、粘结方式、编织纹路等因素影响着自润滑关节轴承的使用性能。

关节轴承自润滑衬垫材料摩擦学性能衬垫类关节轴承利用粘结剂将织物衬垫粘结到轴承外圈内表面作为润滑层，将轴承内外圈之间的钢对钢摩擦转化为编织物对钢的摩擦，在保证轴承自润滑的同时降低摩擦系数。

目前，国内外学者对衬垫类关节轴承的摩擦磨损性能研究大都集中在衬垫材料性能的优化方面，通过对织物衬垫复合材料改性、优化编织结构、改变纤维的捻制方式和衬垫层数，以及对摩擦对偶面进行表面织构等手段提高关节轴承的减摩耐磨性能。

01衬垫材料的组分衬垫类自润滑关节轴承大都以低摩擦聚合物为主要成分，如聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰胺（PA）、聚酰亚胺（PI）等。

目前国内外轴承企业大都以PTFE作为衬垫材料的主要成分，同时填充其他功能性纤维。

聚四氟乙烯是有机高聚物，分子结构是C₂F₂，其中C、C原子以及C、F原子之间都以共价键结合，具有较大的结合能，如图2所示，分子链之间极易滑移，表现出低摩擦的特性。

《自润滑关节轴承接触性能分析》篇一一、引言自润滑关节轴承，作为机械设备中常见的转动元件，因其卓越的摩擦性能、抗磨损性能和长期运行稳定性而得到广泛应用。

自润滑关节轴承接触性能的研究，是优化其设计和提升使用效率的关键所在。

本文旨在分析自润滑关节轴承的接触性能，以期为相关设计和应用提供理论支持。

二、自润滑关节轴承简介自润滑关节轴承通常采用高精度和高强度的材料制成，如特殊合金、陶瓷等。

其内部设计有润滑系统，能够在运行过程中自动提供润滑，减少摩擦和磨损。

自润滑关节轴承广泛应用于各种机械设备中，如汽车、机床、航空航天等。

三、接触性能分析1. 接触压力分析自润滑关节轴承的接触压力分布直接影响其摩擦和磨损性能。

通过理论分析和有限元模拟，可以研究不同转速、负载和润滑条件下的接触压力分布情况。

在较高转速和负载下，需要关注局部接触压力的变化，以及可能出现的压力峰值和热力耦合效应。

2. 摩擦与磨损分析自润滑关节轴承的摩擦和磨损是评价其接触性能的重要指标。

通过分析摩擦系数和磨损量的变化规律，可以评估不同材料、润滑系统和环境条件下的性能差异。

在考虑实际工作环境时，应综合考虑摩擦磨损的影响因素，如相对运动速度、材料硬度和环境介质等。

3. 润滑系统性能分析自润滑关节轴承的润滑系统设计对其接触性能具有重要影响。

在润滑系统中，需要考虑油路设计、供油方式和润滑剂的选用等关键因素。

此外，在特殊环境中（如高温、高压等），还需要考虑润滑剂的稳定性和抗老化性能。

四、实验验证与结果分析为了验证理论分析的准确性，我们进行了多组实验测试。

实验中，我们采用了不同转速、负载和润滑条件下的自润滑关节轴承进行测试，并记录了其摩擦系数、磨损量等关键数据。

通过对比实验数据和理论分析结果，我们发现两者具有较好的一致性。

这表明我们的理论分析方法具有一定的可靠性和实用性。

五、结论与展望通过本文对自润滑关节轴承的接触性能进行了全面分析，包括接触压力、摩擦与磨损以及润滑系统性能等方面。

《自润滑关节轴承接触性能分析》篇一一、引言自润滑关节轴承，作为机械装置中一种关键零部件，以其良好的承载能力和较低的摩擦磨损性能被广泛应用在各类高精度设备中。

自润滑关节轴承的性能直接影响着设备的整体运行效率与寿命。

因此，对自润滑关节轴承的接触性能进行分析，对于提高其使用性能和延长其使用寿命具有重要意义。

本文将通过理论分析和实验研究相结合的方式，对自润滑关节轴承的接触性能进行深入探讨。

二、自润滑关节轴承概述自润滑关节轴承是一种具有自润滑特性的轴承，其内部含有固体润滑剂，能够在一定程度上减少摩擦和磨损。

这种轴承的优点在于其能够适应高速度、高负载、高精度的应用场景，具有较好的减震和降噪效果。

自润滑关节轴承的接触性能主要取决于其材料、结构以及工作条件等因素。

三、接触性能分析理论自润滑关节轴承的接触性能分析主要基于弹性力学、摩擦学和热力学等理论。

在接触过程中，轴承的表面会受到压力的作用，产生弹性变形和塑性变形。

此外，由于摩擦作用，会产生热量，对轴承的接触性能产生影响。

因此，我们需要综合考虑这些因素，对自润滑关节轴承的接触性能进行分析。

四、实验研究方法为了更准确地分析自润滑关节轴承的接触性能，我们采用了实验研究的方法。

首先，我们设计了不同工况下的实验方案，包括不同的负载、速度和润滑条件等。

然后，我们使用专业的测试设备对自润滑关节轴承进行测试，记录了在不同工况下的摩擦系数、磨损量、温度等数据。

最后，我们对这些数据进行了统计分析，得出了自润滑关节轴承在不同工况下的接触性能表现。

五、实验结果与分析1. 摩擦系数分析：实验结果表明，在一定的工况下，自润滑关节轴承的摩擦系数较低，且相对稳定。

这表明其具有良好的自润滑性能，能够有效地降低摩擦和磨损。

2. 磨损量分析：通过对比不同工况下的磨损量数据，我们发现负载和速度对自润滑关节轴承的磨损量影响较大。

在高负载和高速度的工况下，磨损量较大。

而润滑条件对磨损量的影响较小，但良好的润滑条件有助于降低磨损量。

《自润滑关节轴承接触性能分析》篇一一、引言自润滑关节轴承是一种在各种机械系统中广泛应用的轴承类型，其设计特点在于能够减少摩擦，降低维护成本，同时保证设备的稳定运行。

本篇论文将对自润滑关节轴承的接触性能进行分析，探究其摩擦、润滑以及应力分布等关键因素对轴承性能的影响。

二、自润滑关节轴承概述自润滑关节轴承主要由内圈、外圈、滚动体和保持架等部分组成，其中滚动体是主要的承载部件。

与传统的轴承相比，自润滑关节轴承的最大特点在于其具有良好的自润滑性能，即能够在一定的运行条件下自行形成润滑膜，从而降低摩擦系数，延长使用寿命。

三、接触性能分析1. 摩擦性能分析自润滑关节轴承的摩擦性能主要取决于其润滑膜的形成和保持。

在运行过程中，润滑膜的形成能够有效地减少滚动体与内外圈之间的摩擦力。

此外，润滑膜的保持还与润滑剂的选择、运行速度、温度等因素有关。

当润滑膜的厚度和稳定性达到一定水平时，轴承的摩擦系数将显著降低，从而提高其运行效率和寿命。

2. 润滑性能分析自润滑关节轴承的润滑性能主要取决于润滑剂的选择和供应方式。

常用的润滑剂包括固体润滑剂和液体润滑剂。

固体润滑剂主要在静态或低速条件下起作用，而液体润滑剂则能在高速或重载条件下提供良好的润滑效果。

此外，合理的润滑剂供应方式也是保证轴承良好润滑性能的关键因素。

3. 应力分布分析自润滑关节轴承在运行过程中，由于受到内外圈的约束和滚动体的相互作用，会产生一定的应力分布。

合理的应力分布能够保证轴承的稳定性和寿命。

因此，对自润滑关节轴承的应力分布进行分析具有重要意义。

通过有限元分析等方法，可以得出轴承在不同工况下的应力分布情况，从而为优化设计提供依据。

四、影响因素及优化措施1. 影响因素自润滑关节轴承的接触性能受多种因素影响，包括润滑剂的选择、运行速度、温度、载荷等。

此外，轴承的设计参数如内外圈的尺寸、滚动体的数量和形状等也会对接触性能产生影响。

因此，在设计和使用自润滑关节轴承时，需要综合考虑这些因素。

自润滑关节轴承载荷分析及寿命估算摘要：本文首先对自润滑关节轴承做了一个简短的介绍，主要分析了自润滑关节轴承的载荷以及自润滑关节轴承基本额定寿命的估算公式，以及提供了公式中应用到的参数的参考值，为自润滑关节轴承的设计的选用提供了理论依据。

关键字：自润滑关节轴承；设计；寿命；载荷The life evaluation methods and load rating formula ofMaintence-free spherical plain bearings(School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China)Abstract:This paper briefly introduced the basic knowledge of maintence-free spherical plain bearings.Then this paper mainly introduces the life evaluation methods and load rating formula of maintence-free spherical plain bearings.And the paper provided the value of some fators which use in the the life and load evaluation .They are very important to design and selection of the spherical plain bearings.Key words: maintence-free spherical plain bearings；design；life；load1.引言自润滑关节轴承属于滑动轴承，其运动方式为速度较低的多轴向旋转摆动运动。

《自润滑关节轴承接触性能分析》篇一一、引言自润滑关节轴承，作为机械装置中的关键元件，其在各类工业领域中的应用越来越广泛。

它的工作性能和寿命很大程度上取决于其接触性能，因此，对其接触性能的深入研究具有重要意义。

本文旨在通过理论分析和实验研究，对自润滑关节轴承的接触性能进行深入探讨，为实际工业应用提供理论支持。

二、自润滑关节轴承的结构特点及工作原理自润滑关节轴承主要由内圈、外圈、滚动体以及自润滑材料等部分组成。

其中，自润滑材料具有优良的摩擦性能和抗磨损性能，可有效降低摩擦系数，提高轴承的使用寿命。

其工作原理主要是通过滚动体的滚动来传递力和扭矩，同时自润滑材料在摩擦过程中形成润滑膜，降低摩擦和磨损。

三、接触性能分析1. 接触压力分析接触压力是影响自润滑关节轴承性能的重要因素。

在分析过程中，我们采用赫兹接触理论，通过计算滚动体与内外圈之间的接触压力分布，得出在不同工况下的接触压力变化情况。

结果表明，在正常工作条件下，接触压力分布均匀，有利于提高轴承的承载能力和使用寿命。

2. 润滑膜形成及润滑性能分析自润滑材料在摩擦过程中会形成润滑膜，降低摩擦系数和磨损。

我们通过实验研究了润滑膜的形成过程及影响因素。

结果表明，润滑膜的形成与自润滑材料的物理化学性质、工作温度、摩擦速度等因素密切相关。

同时，我们还对不同工况下的润滑性能进行了测试，发现自润滑关节轴承具有良好的润滑性能。

3. 动态性能分析动态性能是评价自润滑关节轴承性能的重要指标。

我们通过仿真分析和实验研究，对轴承在不同转速、负载等条件下的动态性能进行了研究。

结果表明，自润滑关节轴承在高速、重载等恶劣工况下仍能保持良好的动态性能。

四、实验研究为了验证理论分析的正确性，我们进行了系列实验研究。

首先，我们在不同工况下对自润滑关节轴承进行了摩擦磨损测试，得出在不同条件下的摩擦系数和磨损量。

其次，我们对轴承的寿命进行了测试，得出在不同工况下的使用寿命。

最后，我们将实验结果与理论分析进行对比，发现两者基本一致，证明了理论分析的正确性。

《自润滑关节轴承接触性能分析》篇一一、引言自润滑关节轴承是一种重要的机械元件，广泛应用于各种高速、重载和长寿命的机械设备中。

这种轴承通过特殊的润滑结构和材料设计，在保证良好的旋转性能的同时，也具备了较高的自润滑能力，从而延长了轴承的使用寿命。

本文将对自润滑关节轴承的接触性能进行分析，探讨其工作原理、性能特点以及影响因素。

二、自润滑关节轴承的工作原理自润滑关节轴承主要由内圈、外圈、滚动体和润滑材料等部分组成。

在运转过程中，滚动体在内外圈之间进行滚动，从而实现轴承的旋转运动。

同时，润滑材料通过一定的方式将润滑剂输送到摩擦表面，形成润滑膜，降低摩擦系数，减少磨损。

三、自润滑关节轴承的接触性能分析1. 接触应力分析自润滑关节轴承的接触应力是影响其使用寿命的重要因素。

在运转过程中，滚动体与内外圈之间的接触应力会随着转速、载荷等因素的变化而变化。

为了减小接触应力，需要合理设计轴承的结构和材料，以及优化润滑条件。

2. 润滑性能分析自润滑关节轴承的润滑性能直接影响到其摩擦和磨损情况。

良好的润滑性能可以降低摩擦系数，减少磨损，延长轴承的使用寿命。

因此，选择合适的润滑剂和润滑方式是提高自润滑关节轴承性能的关键。

3. 抗疲劳性能分析自润滑关节轴承在长期运转过程中会受到疲劳损伤的影响。

为了提高其抗疲劳性能，需要选择高强度、高硬度的材料，并采用合理的热处理工艺。

此外，优化轴承的结构设计，减少应力集中和振动等也是提高抗疲劳性能的有效措施。

四、影响自润滑关节轴承接触性能的因素1. 转速：转速越高，滚动体与内外圈之间的摩擦力越大，接触应力越大。

因此，需要合理控制转速，以减小接触应力。

2. 载荷：载荷越大，滚动体与内外圈之间的接触压力越大，容易产生局部磨损和变形。

因此，需要根据实际需求选择合适的轴承规格和材料。

3. 润滑条件：良好的润滑条件可以降低摩擦系数，减少磨损。

因此，需要选择合适的润滑剂和润滑方式，并保持适当的润滑条件。

4. 环境因素：环境温度、湿度和污染程度等因素也会影响自润滑关节轴承的接触性能。

1. 建立性能退化过程模型第一步，结合物理模型，建立含有随机参数的磨损量增长模型，近似认为磨损量随时间线性增加，则磨损量L 可以表示为：()()L t t t αβε=++α和β为随机参数，其中α是由于生产和装配中的误差造成的预先产生的磨损量，β为轴承衬套的磨损速率。

()t ε为随机误差项，且()()()12,,,i t t t εεεL 是独立同分布的随机变量，且()()20,i t N εσ:；自润滑关节轴承的磨损形式以磨粒磨损和粘着磨损为主。

基于此，在文献[1]中根据Archard 模型，基于自润滑向心关节轴承的物理特征建立的磨损寿命模型，轴承衬套的磨损速率可以表示为：4nkPCβ=其中，C 为自润滑向心关节轴承外圈的宽度， k 是尺寸磨损系数，n 为轴承摆动速度，P 为轴承径向载荷。

所以磨损量模型可以进一步表示为：()()4nkPL t t t Cαε=++ 由于工程实际中，C 、P ，均为确定常数，而n 由轴承的具体工作任务决定，k 由材料属性决定。

n 和k 存在不确定性，因此对性能退化参数重新定义如下：()()L t mt t αγε=++g其中nk γ=为随机参数，4Pm C=为常数项2. 使用贝叶斯方法进行参数更新在给定试验数据12,,,k L L L L 的条件下，随机参数α和γ的后验分布可以表示为： ()()()()1212,,,,,,,,k k p L L L f L L L αγαγπαπγ∝L L其中()12,,,,kf L L L αγL 为给定随机参数α和γ时的12,,,k L L L L 的联合条件密度函数；()πα为参数α的先验分布，()πγ为参数γ的先验分布。

在给定参数α和γ时，试验数据12,,,k L L L L 的联合条件密度函数可以表示如下：()()21221,,,,exp 2kk ik i L mt f L L L αγαγσ=⎛⎫⎛⎫⎛⎫-- ⎪=⨯- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∑L假设参数α和γ先验分布为正态分布，即()211,Nαμσ:和()222,N γμσ:，则在给定试验数据12,,,k L L L L 的条件下，随机参数α和γ的后验分布可以表示为：()()()()2221212222112,,,,exp exp exp 222k i k i L mt p L L L αγαμγμαγσσσ=⎧⎫⎛⎫⎧⎫⎧⎫------⎪⎪⎪⎪⎪⎪∝- ⎪⎨⎬⎨⎬⎨⎬ ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎝⎭⎩⎭⎩⎭⎩⎭∑L3. 获得寿命的累积分布函数 定义寿命为产品退化量首次达到某个指定的失效阈值w 时对应的时间，则寿命T 对应的累积条件分布函数可以表示为()()()()F t P T t P L t ω=≤=≤现有试验数据可视为在到k t 时刻为止，在时刻12,,,k t t t L 的磨损量观测值12,,,k L L L L ，则在给定试验数据的条件下，T 的累积条件分布函数为：()()()()1212,,,,,,k k k F t P T t L L L P L t t L L L ω=≤=+≤L L由上述内容可得：()()()k k k L t t m t t t t αγε+=++++由于之前的假设，(),αγ的联合条件后验分布服从均值为(),αγμμ ，方差为()22,αγσσ 和相关系数为ρ 的二维正态分布。

自润滑关节轴承发展历程及试验摘要：关节轴承作为一种特殊的滑动轴承, 分为润滑型和自润滑型。

本文作者就自润滑关节轴承的国内、外发展历程和性能试验进行分析探讨。

关键词：自润滑关节轴承；发展历程；自润滑材料；性能试验关节轴承又称为球面滑动轴承, 最典型的结构是由一个带球面的外圈和一个带外球面的内圈组成的向心关节轴承,具有结构简单、体积小、承载力大的特点。

自润滑关节轴承是一种带有自润滑材料的的关节轴承，具有摩擦系数小、寿命长、耐冲击、耐腐蚀、工作过程中无需添加润滑剂等优异特性, 广泛应用于工程机械、载重汽车、水利设施、航空航天、军工机械等领域。

因此,在美、法、德、英等一些航空工业发达国家,自润滑关节轴承的研究工作起步很早,经过多年的系统研究和试验, 现已形成适应多种工况的多品种系列产品。

我国关于自润滑关节轴承的研究起步晚,基础研究薄弱,虽然在一些领域部分国内产品能够替代国外产品,但是总体上,从产品质量、性能以及产品系列化上与国外同类产品还存在较大差距, 尤其是在航空航天等一些尖端领域应用的自润滑关节轴承技术接近于空白,这已成为影响我国在这些领域获取突破的一个重要瓶颈。

1自润滑关节轴承的发展历程自润滑关节轴承在国外已有近百年的应用历史, 我国仅从20世纪70年代才开始这方面的研究, 现在与先进工业国家有着很大的差距。

自润滑关节轴承的性能取决于自润滑材料、对偶面的处理及轴承的制造工艺。

国外在相关方面远远走在前面，技术非常成熟。

1. 1自润滑材料的发展自润滑材料在自润滑关节轴承技术中占有重要的地位,自润滑材料的性能直接影响了自润滑关节轴承的工作性能和工作寿命。

早期的自润滑关节轴承是在滑动面上制备润滑膜以达到减摩效果,如ELGES、NTN公司最早在这方面进行过研究，他们在外圈内球面或内圈外球面上涂覆PTFE的涂层,制备摩擦系数小,抗磨性较高的关节轴承。

SKF公司则开发出一种在外圈内表面镶嵌固体润滑材料的镶嵌自润滑关节轴承, 这类关节轴承摩擦系数小,现在这种自润滑关节轴承在一些领域仍然得到应用。

杨明明, 张招柱, 袁军亚, 姜葳, 李佩隆, 刘维民. 自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望[J]. 摩擦学学报（中英文）, 2024, 44(3): 396−420. YANG Mingming, ZHANG Zhaozhu, YUAN Junya, JIANG Wei, LI Peilong, LIU Weimin. Research Status and Prospect of Self-Lubricating Fabric Composites and Their Applications in Self-Lubricating Spherical Plain Bearings[J]. Tribology, 2024, 44(3): 396−420. DOI: 10.16078/j.tribology.2024050自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望杨明明1,2, 张招柱1,2*, 袁军亚1,2, 姜 葳1,2, 李佩隆1, 刘维民1*(1. 中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室, 甘肃 兰州 730000;2. 中国科学院兰州化学物理研究所 材料磨损与防护重点实验室, 甘肃 兰州 730000)摘 要: 自润滑关节轴承是1种球面滑动轴承，因其结构简单、承载能力强、可靠性高以及免维护(不需要润滑油脂)等优异性能受到广泛关注. 目前，自润滑关节轴承已广泛应用于飞机发动机、起落架、机体襟副翼以及直升机旋翼系统，其在航天飞行器、汽车、核电和水利水电等领域中的应用也越来越多. 随着高端装备极限性能不断提升，对自润滑轴承的服役性能及寿命要求越来越高. 因此，自润滑关节轴承寿命提升、损伤失效机制和轴承寿命预测等方面的研究变得尤为重要. 本文中从摩擦学视角出发，总结了自润滑关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的研究现状，包括织物坯布组织结构、增强纤维、树脂基体、功能增强材料以及纤维-树脂界面改性等内容. 此外，文中还介绍了自润滑关节轴承寿命评价方面的研究进展，包括自润滑关节轴承试验规范及产品标准、轴承寿命试验及预测、轴承寿命及可靠性影响因素. 最后对关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的重点研究方向进行了展望.关键词: 自润滑织物复合材料; 轴承; 摩擦; 磨损; 寿命预测中图分类号: TH117.2文献标志码: A文章编号: 1004-0595(2024)03–0396–25Research Status and Prospect of Self-Lubricating FabricComposites and Their Applications in Self-LubricatingSpherical Plain BearingsYANG Mingming 1,2, ZHANG Zhaozhu 1,2*, YUAN Junya 1,2, JIANG Wei 1,2, LI Peilong 1, LIU Weimin1*(1. State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Science, Gansu Lanzhou 730000, China;2. Key Laboratory of Science and Technology on Wear and Protection of Materials, Lanzhou Institute ofChemical physics, Chinese Academy of Sciences, Gansu Lanzhou 730000, China )Abstract : The self-lubricating spherical plain bearing is a kind of spherical plain bearing with special structure, and its sliding contact surface is composed of the outer sphere of the inner ring and the inner sphere of the outer ring. The self-lubricating function of the bearings is mainly realized by spraying, plating or bonding solid lubricating materials on the moving surface of bearings. Due to their simple structure, strong load-bearing capacity, high reliability, wear resistance,low friction and maintenance-free performance (no grease required) , self-lubricating spherical plain bearings are widelyReceived 4 March 2024, revised 21 March 2024, accepted 21 March 2024, available online 28 March 2024.*Corresponding author. E-mail: ***************.cn; E-mail: **************.cn, Tel: +86-931-4968098.This project was supported by the Strategic Priority of the Chinese Academy of Sciences (XBD0470303) and the National Nature Science Foundation of China (52275220, 52075523).中国科学院战略性先导科技专项(XBD0470303)和国家自然科学基金项目(52275220, 52075523)资助.第 44 卷 第 3 期摩擦学学报（中英文）Vol 44 No 32024 年 3 月TribologyMar, 2024used in aviation, aerospace, ships, national defense equipment, heavy machinery, industrial equipment and other fields .In the field of aviation, self-lubricating spherical plain bearings are very important components in key motion systems such as fixed-wing aircraft landing gear system, flaperon, helicopter rotor system and difficult maintenance position of aircraft engine. In space equipment, self-lubricating spherical plain bearing are used in robotic arms, hatch doors,antennas and other moving mechanisms of space station and satellite equipment. In the automotive industry, bearings are mainly used in the suspension system to reduce the friction of the suspension system and improve the stability and comfort of the suspension. In the field of heavy machinery and equipment, self-lubricating spherical plain bearing are mainly used in joints and joint parts of industrial robots, hydraulic generators, turbines and mining machinery to reduce friction and extend maintenance cycle. However, with the continuous improvement of the ultimate performance of the above equipment, higher and higher requirements are put forward for the service life, reliability and tribological performance of self-lubricating spherical plain bearing. The performance of self-lubricating materials between the inner and outer rings of bearings has a very important impact on the service performance and reliability of joint bearings,mainly including metal matrix composite materials, solid self-lubricating coatings/films, reinforced polymers and self-lubricating fiber fabric materials . This article starting from a tribological perspective, summarized the current research on self-lubricating fibrous composite materials used in self-lubricating spherical plain bearings. This included enhanced fibers, weaving processes,test conditions, function-enhancing materials and fiber-resin interface modifications. Additionally, the article introduced the life evaluation of self-lubricating plain bearings, covering bearing test specifications and product standards, bearing life testing and prediction, as well as factors influencing bearing life and reliability. Finally, it provided an outlook on the future key research directions for fibrous composite self-lubricating lining materials and self-lubricating spherical plain bearings.Key words : self-lubricating fabric liner; bearings; friction; wear; life estimation自润滑关节轴承是1种具有特殊结构的球面滑动轴承，其滑动接触面由内圈外球面和外圈内球面构成.自润滑关节轴承自润滑功能的实现主要通过在轴承相对运动表面喷涂、镀膜或者粘结固体润滑材料的方式实现[1-8]. 由于自润滑关节轴承具有耐高温、耐磨损、低摩擦、承载能力强、耐冲击、长寿命及免维护等优异性能，广泛应用于航空、航天、舰船、国防装备、重型机械以及工业装备等领域[9-15]. 在航空领域，自润滑关节轴承是固定翼飞机起落架系统、襟副翼、直升机旋翼系统以及飞机发动机难维护位置等关键运动系统中非常重要的零部件[16-17]. 在航天装备中，空间站、卫星等装备的机械臂、舱门和天线等运动机构中均有自润滑关节轴承的应用. 汽车工业中关节轴承主要用在悬挂系统，减少悬挂系统的摩擦，提高悬挂的平稳性和舒适性. 在重型机械及装备领域，自润滑关节轴承主要用在工业机器人关节和连接部位、水利发电机、涡轮机及采矿机械，起到降低摩擦和延长维护周期的作用[18]. 图1所示为自润滑衬垫在关节轴承中的应用部位及轴承运动方式示意图，但是，随着上述装备极限使用性能的不断提升，对自润滑关节轴承的使用寿命、可靠性及摩擦学性能提出了越来越高的要求. 轴承内外圈之间自润滑材料的性能对关节轴承服役性能和可靠性有着非常重要的影响，主要包括金属基复合材料、固体自润滑涂层/薄膜、功能材料增强聚合物和自润滑纤维织物材料等[19-25].其中，自润滑纤维织物复合材料在20世纪50年代因航空航天和工程机械对高负荷、高转速、高可靠、长寿命及免维护关节轴承的紧迫需求而研发. 1957年Self-lubricating linerMisalignmentInner ball in rotationOut raceInner ring(a)(b)(c)Fig. 1 The schematic of self-lubricating spherical plain bearing structure图 1 纤维织物复合材料润滑型关节轴承结构示意图第 3 期杨明明, 等: 自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望397美国White 等[26-28]申请了第1个关于自润滑纤维织物复合材料的专利(US 2804886)，首次将具有低摩擦和高强度的纤维通过一定的组织结构编织成自润滑织物，采用树脂胶黏剂将自润滑织物粘结固化在关节轴承外圈内表面作为轴承润滑层. 经过70多年的发展，国外轴承公司(如瑞典SKF 、美国RBC 以及美国Kamatic 等)在自润滑纤维织物复合材料及自润滑关节轴承方面的技术已非常成熟和完善，形成了适用不同工况的产品体系，而且针对自润滑纤维织物复合材料和自润滑关节轴承制定了系列试验规范和产品标准[29-30]. 目前，美国Kamatic 公司和瑞典SKF 公司是自润滑关节轴承技术领域的领军者和航空航天高端轴承的主导者. 我国从上世纪90年代开始自润滑纤维织物复合材料方面的研究工作，近年在自润滑纤维织物材料、自润滑关节轴承设计制备技术、自润滑关节轴承寿命试验及寿命预测方面取得了大量研究成果[31-40]. 但是，针对自润滑纤维织物复合材料、自润滑关节轴承及自润滑关节轴承寿命试验等方面未能形成完整的标准体系，自润滑关节轴承寿命试验设备和寿命预测模型不够完备，自润滑关节轴承磨损失效机制及失效判据有待更深入研究.本文中作者从自润滑关节轴承中的关键材料自润滑纤维织物复合材料的角度出发，以自润滑纤维织物复合材料为主线，重点介绍自润滑纤维织物复合材料坯布组织结构、树脂基体、增强纤维、功能增强填料以及纤维-树脂界面等对自润滑纤维织物复合材料力学性能、热稳定性及摩擦学性能的影响，自润滑关节轴承试验规范及产品标准、轴承寿命试验及预测和轴承寿命及可靠性影响因素，并在最后介绍了中国科学院兰州化学物理研究所在自润滑纤维织物复合材料基础研究和工程化应用方面的最新进展.1 自润滑纤维织物复合材料性能影响因素自润滑纤维织物复合材料由纤维织物坯布、树脂基体及功能增强填料复合而成，具有纤维-树脂双连续的界面结构[41-43]. 目前，自润滑纤维织物坯布通常采用低摩擦的聚四氟乙烯纤维(PTFE)和高强度的增强纤维编织而成. 采用胶黏剂将自润滑纤维织物复合材料粘结于轴承外圈内表面，将轴承内外球面之间金属-金属的摩擦接触转化为金属/转移膜-自润滑纤维织物复合材料的摩擦，起到减摩、抗磨、静音以及免维护的作用. 因此，自润滑纤维织物材料的综合性能对自润滑关节轴承的使用寿命和可靠性有至关重要的影响. 自润滑纤维织物复合材料性能的影响因素主要有纤维织物坯布组织结构、增强纤维性能、树脂基体、功能增强填料、纤维-树脂界面及摩擦副表面性质.1.1 织物坯布组织结构由润滑纤维和增强纤维编织得到的织物坯布是自润滑纤维织物复合材料的骨架，通过改变织物编织结构等参数可以实现润滑纤维和增强纤维在材料中的分布规律的调控，进而实现自润滑纤维织物复合材料性能和应用工况的匹配性设计[44-45]. 平纹、斜纹和缎纹是最基本的三原组织结构[46]，其他编织方式均在上述3种基本组织结构的基础上演变而来，图2所示为纤维织物基本组织结构示意图. 在三原组织结构的基础上，通过结构演变，经密和纬密变化及纱线捻度优化等工艺得到具有不同摩擦学性能的自润滑纤维织物复合材料[47-48].Bijwe 等[49-50]研究了不同编织方式的碳纤维织物(平纹、斜纹、缎纹)增强聚醚酰亚胺(PEI)复合材料的摩擦学性能. 研究结果表明，3种结构的碳纤维均可明显提高碳纤维织物/聚醚酰亚胺(PEI)复合材料的强度和模量，其中斜纹碳纤维织物对力学性能的增强作用最为(a) Plain (b) Twill(c) StainFig. 2 Schematic showing different weave patterns: (a) plain; (b) twill; (c) stain[46]图 2 纤维织物基本组织结构图：(a)平纹；(b)斜纹；(c)缎纹[46]398摩擦学学报（中英文）第 44 卷明显. 微动摩擦磨损结果表明，在不同载荷下，摩擦磨损性能最好的是平纹碳纤维织物复合材料，其次是斜纹碳纤维织物复合材料和缎纹碳纤维织物复合材料.通过黏着磨损、微动磨损、磨粒磨损及冲蚀磨损，4种干摩擦方式，评价不同结构碳纤维织物增强PEI复合材料的摩擦学性能. 发现在滑动摩擦过程中，摩擦学性能最佳的是斜纹碳纤维织物增强PEI复合材料；在微动摩擦和冲蚀摩擦过程中，平纹织物增强PEI复合材料的抗磨性能最优；在磨粒摩擦过程中，摩擦学性能最好的是缎纹织物增强PEI复合材料. 因此，在自润滑纤维织物复合材料工程化应用过程中，应根据具体额定载荷、滑动速速(摆动频率)以及接触方式等工况条件选择最适宜的纤维织物组织结构. Yang等[51]采用PTFE纤维做纬纱，对位芳纶(美国杜邦公司牌号为Kevlar)纤维做经纱编织得到了平纹、1/3斜纹和8/3缎纹3种Kevlar/PTFE织物坯布，并制备Kevlar/PTFE 织物增强酚醛树脂复合材料. 栓-盘往复摩擦磨损试验结果表明(20 MPa，13 Hz)，8/3缎纹Kevlar/PTFE复合材料摩擦系数最小，但磨损最大，平纹Kevlar/PTFE复合材料具有最佳的抗磨性能，8/3缎纹Kevlar/PTFE织物润滑面PTFE纤维占比较高(87.5%)，在摩擦剪切作用下表层PTFE纤维易于磨损，PTFE纤维及树脂磨屑富集在摩擦界面，起到降低摩擦系数的作用. Zhang等[52]编织得到了4种结构不同但组织循环数相同的玻璃纤维/PTFE织物，即2/2增强斜纹、1/3斜纹、4枚缎纹和2/2增强缎纹，如图3所示，并制备了自润滑织物增强酚醛树脂复合材料. 评价了4种织物中纬纱和经纱的拔出性能以及不同试验工况下4种自润滑织物复合材料的摩擦磨损性能. 在摩擦磨损过程中，纤维从复合材料中拔出会导致材料力学性能和摩擦学性能降低，通过4种结构织物中纬纱和经纱拔出性能测试发现，2/2增强缎纹织物经向纱线和纬向纱线拔出性能最佳.此外，2/2增强缎纹织物拉伸性能和耐磨性最好，上述结果说明2/2增强缎纹结构的玻璃纤维/PTFE织物坯布可以更高效地传递应力，减少纤维损伤.Qi等[53]系统研究了平纹PTFE/Kevlar49织物和1/3破斜纹PTFE/Kevlar49织物纬向纤维密度(纬密)对自润滑织物复合材料重载工况下摩擦学性能的影响. PTFE/Kevlar49织物中经密为290根/10 cm，纬密介于200~450根/10 cm之间，纬密间隔为50根/10 cm. 试验结果表明，在低速重载工况下不同纬密1/3破斜纹PTFE/ Kevlar49自润滑复合材料摩擦学性能均优于相同纬密的平纹PTFE/Kevlar49复合材料，在PTFE/Kevlar49纬密为300根/10 cm或者350根/10 cm时，平纹自润滑复合材料和1/3破斜纹自润滑复合材料摩擦系数和磨损均最小. 因为纬纱为PTFE纤维，纬密决定着自润滑纤维织物复合材料润滑面PTFE纤维占比，纬密小于250根/10 cm时，润滑面PTFE纤维不能提供有效润滑，纬密大于350根/10 cm时，自润滑复合材料承载能力下降，磨损加剧. Ma等[54]研究了增强纤维捻度对PTFE/ Kevlar29自润滑复合材料摩擦学性能的影响，结果显示，在捻度为120捻/10 cm时，Kevlar29纱线断裂强力最大，但是捻度为150捻/10 cm时，PTFE/Kevlar29自润滑复合材料表现出最佳的力学性能. 低速重载和高速(a) 2/2 double twills(b) 1/3 twill(c) 4-shaft satin(c) 4-shaft reinforced satinFig. 3 Schematic showing different weave patterns of glass/PTFE fabric: (a) 2/2 double twills; (b) 1/3 twill;(c) 4-shaft satin; (d) 4-shaft reinforced satin[52]图 3 玻璃纤维/PTFE织物组织结构示意图：(a) 2/2增强斜纹；(b) 1/3斜纹；(c) 4枚缎纹；(d) 2/2增强缎纹[52]第 3 期杨明明, 等: 自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望399轻载工况下摆动摩擦磨损试验表明，Kevlar29纱线捻度为180捻/10 cm 时，HZ1-1和HZ2-1这2种自润滑复合材料均表现出最优异的抗磨性能.1.2 高性能增强纤维自润滑纤维织物复合材料中PTFE 纤维主要分布在复合材料润滑面，起到降低摩擦系数的作用，而增强纤维在复合材料润滑面和粘结面均有分布，起到承载和抗磨的作用[55-57]. 在自润滑纤维织物复合材料中应用最广泛的增强纤维是芳纶纤维(美国杜邦公司间位芳纶牌号为Nomex ，对位芳纶牌号为Kevlar ，中蓝晨光STARAMID F-2对位芳纶、烟台泰和的间位芳纶泰美达®和对位芳纶泰普龙®等)[58-61]. 近年，随着高端装备对自润滑纤维织物复合材料性能的要求不断提高，新型高性能增强纤维在自润滑复合材料中的应用也越来越多[62-70]. 中国科学院兰州化学物理研究所张招柱团队在新型高性能纤维增强自润滑纤维织物复合材料方面开展了系统的研究工作[71-74].Wang 等[75]采用聚对苯撑苯并双恶唑纤维(PBO 纤维)制备了PTFE/PBO 自润滑复合材料，探究了AuNPs@HNTs 核壳结构杂化体(埃洛石纳米管中负载金纳米颗粒)对PBO/PTFE 自润滑复合材料摩擦学性能的影响.图4所示为AuNPs@HNTs 核壳结构杂化体、复合材料Outer surface Si-O-SiInner surface AlOHEdge AlOH and SiOHEdge AlOH and SiOHHalloysite nanotubesAl 2Si 2O 5(OH)4·n H 2OH 2OAl-O octahedron Si-O tetrahedronAu nanoparticlesHNTsCentrifugationStirring for 2 min Au 3+ reduced to AuPhenolic resinPBO/PTFE composites linerPBO/PTFE textilePTFE fiberOHCH 3PBO fiberHNTs-Au hybrid13~15 timesImmersion CH 2HN OON 6~9n m nnA s c o r b i c a c i dH A u C l 4 4H 2OC 18H 37N C 18H 34O 2OO HH 2N0.2~2 μm12~20 nm45~60 n m1.01.20.80.60.40.2W e a r r a t e /[10−14 m 3/(N ·m )]0.0S-d00.100.080.060.040.020.0020406080100120S-d0S-d3S-d6S-d9Time/minS-d3S-d6S-d90.070.060.050.040.03F r i c t i o n c o e f f i c i e n tF r i c t i o n c o e f f i c i e n t 0.02(a)(b)(c)Fig. 4 (a) Illustration of procedures for preparing HNTs-Au hybrid and PBO/PTFE textile-polymer composites;(b) wear rates and friction coefficients; (c) friction coefficients versus time [75]图 4 (a) HNTs-Au 纳米杂化材料及其增强PBO/PTFE 复合材料制备过程示意图；(b) HNTs-Au 纳米杂化材料对复合材料磨损率及摩擦系数的影响；(c)摩擦系数随时间的变化关系[75]400摩擦学学报（中英文）第 44 卷制备过程示意图及摩擦磨损数据. PBO纤维增强自润滑复合材料拉伸强度达到300 MPa，拉伸模量为0.94 GPa，且在100 MPa动载，滑动速度为0.37 m/s的工况下，PBO/ PTFE复合材料磨损率为0.93×10−14 m3/(N·m). 质量分数为1%的AuNPs@HNT增强PBO/PTFE复合材料磨损率下降到0.67×10−14 m3/(N·m)，主要是因为AuNPs@HNT 的加入提高了PBO/PTFE复合材料的力学性能和导热性能，与此同时，AuNPs@HNT在摩擦过程中参与形成高质量转移膜，起到了减摩抗磨的作用. 聚酰亚胺纤维(PI纤维)是1种高性能合成纤维，具有高强、高模、耐高低温以及耐化学腐蚀等优异性能，在航空航天和军工装备等高技术领域应用广泛. Liu等[76]编织得到了PI/PTFE斜纹织物坯布，其中PI纤维和PTFE纤维的质量比为1:2，研究了MXene@UiO-66-NH2纳米流体对PI/PTFE复合材料摩擦学性能的影响. 随着MXene@UiO-66-NH2纳米流体含量的增加，复合材料的磨损率先下降后上升. STARAMID F-3 (芳纶III)是在聚对苯二甲酰对苯二胺的分子主链上引入杂环结构，使其具有比全对位芳纶更好的力学性能，同时引入到纤维主链的杂环结构有利于纤维与树脂复合. Yang等[77]公开了1种芳纶III纤维增强自润滑复合材料及其制备方法，采用层状双金属化合物(MgAl-LDH)作为界面结构中的增强组分，芳纶纳米纤维作为增韧组分，增强组分和增韧组分通过聚多巴胺-聚乙烯亚胺连接，在增强纤维(芳纶III)和润滑纤维(PTFE)表面制备兼具强度和韧性的界面过渡层，通过界面过渡层改善纤维-树脂之间的界面结合强度. 低速重载摆动摩擦磨损试验结果表明，在室温，动载荷为250 MPa，摆角为±25°，频率为0.2 Hz工况条件下，复合材料磨损量满足AS 81820规范要求.1.3 树脂基体树脂基体在自润滑纤维织物复合材料中扮演着非常关键的角色：一方面树脂通过涂覆和浸渍等方式可以将纤维固定在一起，提高复合材料整体强度和刚度；另一方面，树脂基体作为载荷传递的媒介，能够有效地将外部施加的力传递到纤维上，使自润滑复合材料表现出优异的承载能力和摩擦学性能[78-80]. 根据自润滑复合材料具体应用工况，合理选择树脂基体类型和成型工艺方法，可以得到不同性能的自润滑织物复合材料. 目前，自润滑织物复合材料树脂基体主要有酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、聚酰亚胺树脂(PI)和聚四氟乙烯树脂(PTFE)等.Liu等[81]以环氧树脂为基体研究了石墨和MoS2对PTFE/Nomex复合材料摩擦学性能的影响，结果显示2.5% (质量分数)的石墨和5% (质量分数)的MoS2填充环氧树脂基自润滑复合材料具有最佳的水下摩擦学性能. 干摩擦条件下，复合材料摩擦系数波动范围为0.02，水润滑条件下摩擦系数波动范围为0.12，主要是因为在水润滑条件下磨屑快速从摩擦界面排出，不能形成有效的转移膜. Cui等[82]以MoS2填充聚醚酰亚胺树脂为基体，制备了PTFE/PEEK自润滑复合材料. 将PTFE/PEEK/PEI粘结在关节轴承外圈内表面，系统研究了在低温环境和宽温域条件下轴承内圈外表面转移膜的形成和演化机制，如图5所示. 结果表明，自润滑复合材料中摩擦转移过程以环境温度190 K为界可以分成2个阶段：环境温度为323 K时，轴承内圈外表面形成了薄且均匀的转移膜，进一步降低环境温度，由于PTFE大分子的运动和重组受限，转移膜的形成被抑制；当环境温度降到190 K以下时，摩擦系数随温度的降低小幅降低，主要是因为PTFE链段脆性断裂，形成了不规则和片状的转移膜，这一结果主要是因为PTFE大分子190 K附近的γ松弛所引起. 研究结果还显示在轴承内圈外表面粗糙度介于200~300 nm之间时，有助于低温环境下PTFE的转移和形成质量较好的转移膜. Huang等[83]以聚苯硫醚树脂(PPS)为基体，制备了PTFE/Kevlar/PPS自润滑复合材料，采用MPX-2000A 端面摩擦磨损试验机对自润滑复合材料摩擦学性能进行测试，发现PPS树脂含量为40% (质量分数)时，自润滑复合材料摩擦系数和磨损率最小. 试验速度为0.4 m/s，载荷为1 000 N时，摩擦系数和磨损率达到最小值. PPS树脂可以将PTFE/Kevlar织物紧密地固定-在一起，防止摩擦试验过程中纤维被拔出，同时，PPS 树脂含量为40% (质量分数)的自润滑复合材料在摩擦过程中可以形成很薄且均匀的转移膜，起到了减摩抗磨的作用.1.4 功能增强材料功能增强填料对自润滑复合材料力学性能和摩擦学性能有显著影响，是提升自润滑复合材料性能的简单且有效的方法. 功能增强填料的作用主要有增强自润滑复合材料的机械性能、导热性能、抗氧化性能以及减摩抗磨等[84-91]. 目前，用于自润滑复合材料性能提升的功能材料主要包括碳基材料(石墨烯和碳纳米管等)[92-96]、金属硫化物(MoS2和WS2等)[97-98]、金属硼化物(TiB2和ZrB2等)[99-100]、金属氟化物(CaF2、CeF3)[101]、金属氧化物(SiO2、Al2O3等)[102-106]、陶瓷材料(MoC2、MoSi2等)[107-111]、功能矿物(蒙脱土、埃洛石等)[112-114]及第 3 期杨明明, 等: 自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望401多元杂化材料[115-122].Ren 等[123]将不同片径WS 2作为填料，系统研究了填料含量及片径对PTFE/Nomex/酚醛树脂自润滑复合材料摩擦学性能的影响. 结果表明，纳米WS 2和微米WS 2含量分别为2%和4% (质量分数)时，PTFE/Nomex/酚醛树脂复合材料摩擦学性能最好. 摩擦对偶表面表征分析结果表明，对偶表面能形成1层均匀致密的富含WS 2的转移膜，说明纳米WS 2和微米WS 2填充均可促进高质量转移膜的形成，但纳米WS 2具有用量少的优势. 六方氮化硼(h-BN)有白色石墨之称，且具有导热性好、热膨胀系数低及热冲击耐受性好等性能，因此，h-BN 是1种理想的高温固体润滑剂. Yang 等[124]将六方氮化硼(h-BN)作为填料，研究了高温工况下PTFE/Nomex 自润滑复合材料的摩擦学性能，结果表明，h-BN 填充后金属对偶表面形成的转移膜均匀且连续，明显缩短了摩擦跑-合时间，起到减摩抗磨的作用，6% (质量分数)的h-BN 增强PTFE/Nomex 自润滑复合材料高温摩擦磨损性能最好. Liu 等[125]制备了具有核-壳结构的Cu@Co 多孔纳米材料，如图6所示，系统研究了Cu@Co 多孔材料对PTFE/PI 自润滑复合材料热稳定性、导热率、热机械性能及摩擦学性能的影响. Cu@Co 多孔材料通过构建有效且连续的热传导通道，使得自润滑复合材料的导热率在室温和150 ℃下分别提高90.75%和85.94%. 此外，Cu@Co 材料的表面通过共价键和离子键接枝有机长链，能够与树脂产生有效的相互作用，且在酚醛树脂中具有理想的分散性能. 冠状112323y /m mx /mm 0112323y //m mx /m m01123023y //m mx /mmΔ=43 μmΔ=177 μmGaps of the fabricAdhered debrisPlastic flowΔ=91 μm1.5 mm 1.5 mm 1.5 mm(a)(b)(c)Fig. 5 (a) Optical micrograph, (b) 3D topography images of the fabric composite as well as (c) unloading side images of the innerring after tribotests under different environments for HR bearings[82]图 5 不同试验工况复合材料磨损表面照片：(a)光学显微镜照片；(b) 3D 轮廓照片；(c)轴承内圈非承载面照片[82]402摩擦学学报（中英文）第 44 卷的链状分子结构有利于通过氢键反应与树脂基体形成物理缠结和交联反应，改善了自润滑复合材料的力学性能. 重要的是，多孔纳米材料表现出优异的减摩抗磨性能，使得自润滑复合材料的磨损率降低了33.3%，Cu@Co表面的聚合物外冠层可以通过电荷作用在对偶界面形成吸附层，有利于纳米结构摩擦膜的生成，含有CuO、Cu2O和Co3O4等摩擦化学产物嵌入摩擦膜中，提高了摩擦膜的均匀性、连续性和附着力. Wang等[126]以天然埃洛石纳米管为载体，制备了纳米管中负载[BMIm]PF6离子液体的[BMIm]PF6@HNTs (埃洛石纳米管中负载离子液体)微胶囊，考察了其在动载荷55 MPa，滑动速度0.8 m/s的干摩擦条件下对PBO/PTFE自润滑复合材料摩擦学性能的影响. 图7和图8所示分别为PBO/PTFE自润滑复合材料摩擦磨损数据及转移膜分析表征结果. 当微胶囊添加量为2.0% (质量分数)时，自润滑复合材料的耐磨性提升最为明显，磨损率降低了58.5%，复合材料热导率提高了61.3%，拉伸强度提高了5.6%. 转移膜分析表征发现，对偶表面形成厚度约为40 nm转移膜，转移膜成分复杂，包含酚醛树脂和纤维磨屑、HNTs、无定型SiO2、铁氧化物以及可能的摩擦化学产物FeF2、FeF3和FeS等. Li等[127]研究了纳米Si3N4颗粒和亚微米的WS2颗粒对PTFE/ Kevlar自润滑复合材料摩擦学性能的影响. 试验结果表明，纳米Si3N4颗粒可以提升自润滑复合材料的承载能力和抗磨性能，而WS2颗粒在摩擦过程中可以起到很好的润滑作用，一定配比的纳米Si3N4和WS2同时增强PTFE/Kevlar自润滑复合材料具有最佳的摩擦学性能. 复配填料一方面通过提升复合材料承载能力，改善材料耐磨性，另一方面促进均匀且强韧的摩擦转移膜形成，减小磨损和摩擦系数.1.5 纤维-树脂界面性能对于纤维/织物增强树脂基复合材料，界面相是指纤维与树脂在其边界区域因复杂的界面作用而形成的三维区域，尺度介于纳米到微米之间. 界面相具有区别于基体和纤维的物理化学性能，对复合材料的综合性能有着非常重要的影响[128-129]. 界面相在纤维增强聚合物复合材料中主要发挥以下作用：(1)传递载荷或者应力，强-韧界面可以确保外部载荷和内部应力在C O Cu CoFig. 6 (a, b, c) SEM micrographs and (d, e, f) TEM micrographs of Cu-BTC, Cu-MOF and Cu@Co MOF [(f1~f4)EDS mapping of Cu@Co MOF][125]图 6 Cu-BTC, Cu-MOF, Cu@Co 的(a, b, c)扫描电镜照片和(d, e, f)透射电镜照片[(f1~f4)为 Cu@Co MOF表面元素分布图][125]第 3 期杨明明, 等: 自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望403。

《自润滑关节轴承接触性能分析》篇一一、引言自润滑关节轴承是一种具有自润滑特性的轴承，它具有高度的摩擦减损性，对保持系统的正常运作具有重要意义。

该类型的轴承多用于对润滑环境有严格要求的领域，例如机械设备的高速旋转或周期性重复动作的环节中。

接触性能的优化和了解，对这种自润滑关节轴承的应用起着至关重要的作用。

本篇论文，将对自润滑关节轴承的接触性能进行详细的分析和阐述。

二、自润滑关节轴承的基本结构和原理自润滑关节轴承是一种通过内置的自润滑材料或装置实现低摩擦磨损和散热功能的轴承。

其主要由轴承外圈、内圈、滚动体（或滑动面）和润滑系统构成。

润滑系统采用固液混合或固体润珠润滑材料，能够有效避免轴承在使用过程中的金属摩擦磨损和过度的热量生成。

其基本工作原理就是利用材料本身具备的润滑性来减小运动面间的摩擦和磨损，以此延长其使用寿命和提高效率。

三、自润滑关节轴承接触性能分析在众多影响因素中，我们需要着重对以下几个方面进行详细的性能分析：（一）表面形貌和摩擦接触特性首先，需要观察自润滑关节轴承的表面形貌。

合适的表面形貌可以提高材料的自润滑性并提高承载能力。

我们需要运用专门的设备和方法来测量和分析轴承表面的微观形貌，并探究其对摩擦接触特性的影响。

这包括了解在不同工作条件下的表面粗糙度、纹理以及可能的微观划痕等。

其次，要了解自润滑关节轴承的摩擦接触特性。

包括初始阶段接触面的润滑状况、压力分布和滑动运动中可能产生的剪切力等，以及它们对轴承受损的影响程度。

我们通过试验数据，如摩擦系数和摩擦热的生成情况等来分析和评估这些特性。

（二）材料选择和性能影响材料的选择是影响自润滑关节轴承接触性能的重要因素。

我们需要分析不同材料在各种工作条件下的性能表现，包括硬度、耐磨性、抗腐蚀性等。

同时，还需要考虑材料的成本和维护的难易程度等因素。

我们可以通过实验室测试和实际应用案例来综合评估各种材料的性能。

（三）工作环境和条件的影响自润滑关节轴承的接触性能也会受到工作环境和条件的影响。

《自润滑关节轴承接触性能分析》篇一一、引言自润滑关节轴承是一种具有自润滑特性的轴承，广泛应用于各种机械设备中，尤其在高速、高负载、高精度等要求较高的场合中发挥着重要作用。

为了更好地了解其工作原理和性能特点，本文将对其接触性能进行分析，为后续的优化设计和应用提供理论支持。

二、自润滑关节轴承概述自润滑关节轴承是一种利用特殊材料和结构实现自润滑效果的轴承。

其具有低摩擦、长寿命、高可靠性等优点，广泛应用于各种机械系统中。

该类轴承的主要特点在于其润滑系统的设计，能够在运动过程中自动补充润滑剂，降低摩擦和磨损，从而提高轴承的使用寿命和可靠性。

三、接触性能分析（一）接触应力分析自润滑关节轴承的接触应力是指两个接触面之间的压力分布情况。

由于接触面的形状、材料硬度、预紧力等因素的影响，接触应力分布不均匀，容易导致局部磨损和失效。

因此，对接触应力的分析是评估自润滑关节轴承性能的重要指标之一。

在分析过程中，我们采用了有限元法对轴承的接触应力进行了计算和分析。

通过建立三维模型，模拟实际工作情况下的接触过程，可以得到接触面的压力分布情况。

结果表明，在正常工作条件下，自润滑关节轴承的接触应力分布较为均匀，能够有效避免局部磨损和失效的发生。

（二）摩擦学性能分析自润滑关节轴承的摩擦学性能是指轴承在运动过程中所表现出的摩擦特性和磨损特性。

这些特性受到材料、润滑剂、工作条件等多种因素的影响。

因此，对摩擦学性能的分析是评估自润滑关节轴承性能的另一个重要指标。

在分析过程中，我们采用了实验和模拟相结合的方法。

通过在实验室中模拟实际工作条件下的运动过程，可以得到轴承的摩擦系数和磨损情况。

同时，通过建立数学模型和仿真分析，可以更深入地了解轴承的摩擦学性能和影响因素。

结果表明，自润滑关节轴承具有较低的摩擦系数和较好的耐磨性能，能够满足各种机械系统的工作要求。

（三）润滑性能分析自润滑关节轴承的润滑性能是指其润滑系统的性能和效果。

该系统能够在运动过程中自动补充润滑剂，降低摩擦和磨损，从而提高轴承的使用寿命和可靠性。

自润滑涂层关节轴承的摩擦磨损研究及仿真分析自润滑涂层关节轴承的摩擦磨损研究及仿真分析摘要：自润滑涂层关节轴承是一种常用于工业设备中的重要组件，它能有效降低摩擦磨损率，延长工作寿命。

本文通过对自润滑涂层关节轴承的研究，分析了涂层结构、润滑性能以及工作条件对其摩擦磨损的影响，并使用仿真分析工具对其摩擦磨损行为进行了模拟，为相关工程应用提供了可靠的理论依据。

1. 引言关节轴承是一种广泛应用于工业设备中的支撑元件，用于承受和传递机械载荷并实现转动。

随着工程设备的不断发展，对关节轴承的要求也越来越高，其摩擦磨损问题日益凸显。

传统的机械润滑方法需要定期添加润滑油，且在高温、高速和污染环境下往往效果不佳。

因此，开发一种具有自润滑性能的涂层材料，成为目前研究的热点。

2. 自润滑涂层结构与性能自润滑涂层是将润滑剂嵌入到固体涂层中，使其在摩擦过程中释放润滑剂，从而降低摩擦系数和磨损率。

涂层一般由基体材料和润滑剂组成。

基体材料可以是金属、聚合物及其复合材料等，润滑剂则可以选择润滑油、固体润滑剂等。

涂层的结构和性能会直接影响其摩擦磨损行为。

3. 涂层结构对摩擦磨损的影响涂层的结构参数，如涂层厚度、粒度、孔隙率等，会对摩擦磨损性能产生重要影响。

一般来说，较厚的涂层能提供更好的润滑效果，但也会增加摩擦阻力；较细的涂层颗粒和较低的孔隙率可以提高涂层的致密性和润滑性能。

4. 自润滑涂层关节轴承的摩擦磨损行为仿真分析通过使用相关仿真分析工具，可以对自润滑涂层关节轴承的摩擦磨损行为进行模拟分析。

首先，建立摩擦副的几何模型和材料模型，考虑摩擦表面的粗糙度和涂层的结构参数。

然后，根据润滑剂的性质和摩擦特征，采用相应的摩擦模型，进行摩擦磨损行为的仿真分析。

5. 结果与讨论通过仿真分析，我们可以得到涂层关节轴承的摩擦系数、磨损量以及润滑剂的分布情况等重要参数。

根据仿真结果，我们可以评估不同涂层结构和工作条件下的摩擦磨损行为，并优化涂层结构与润滑性能，提高涂层关节轴承的工作寿命。

《自润滑关节轴承接触性能分析》篇一一、引言自润滑关节轴承，作为机械设备中常见的转动部件，对于提高设备的工作效率和延长使用寿命具有重要意义。

本文将主要分析自润滑关节轴承的接触性能，通过理论分析、实验验证以及仿真模拟相结合的方式，对自润滑关节轴承的接触应力、摩擦性能、润滑性能等关键问题进行深入探讨。

二、自润滑关节轴承结构及工作原理自润滑关节轴承主要由内圈、外圈、滚动体以及自润滑材料层构成。

在转动过程中，通过滚动体在内、外圈之间滚动，实现设备的旋转运动。

自润滑材料层则具有较好的摩擦磨损性能和润滑性能，能够在一定程度上减少摩擦和磨损，提高轴承的使用寿命。

三、接触性能分析（一）接触应力分析自润滑关节轴承在承受载荷时，接触应力是重要的参数之一。

接触应力的大小直接影响到轴承的寿命和运行性能。

通过对自润滑关节轴承的几何结构和载荷分布进行理论分析，可以得出接触应力的分布规律。

同时，通过实验验证和仿真模拟，可以进一步验证理论分析的正确性。

（二）摩擦性能分析自润滑材料层的摩擦性能对于轴承的运转至关重要。

在运转过程中，由于摩擦作用，会产生热量和磨损。

通过分析自润滑材料层的摩擦系数、磨损率等参数，可以评估其摩擦性能的优劣。

此外，还可以通过添加润滑剂、改进材料配方等方式，提高自润滑材料层的摩擦性能。

（三）润滑性能分析自润滑关节轴承的润滑性能直接影响到其运行效率和寿命。

在分析润滑性能时，需要考虑到润滑剂的种类、供油方式、供油量等因素。

通过理论分析和实验验证，可以得出不同工况下最佳的润滑方案，从而提高轴承的润滑性能。

四、实验验证与仿真模拟为了验证上述理论分析的正确性，需要进行实验验证和仿真模拟。

实验验证可以通过对自润滑关节轴承进行静态和动态的摩擦磨损试验，以及在不同工况下的运行试验，得出实际运行中的接触应力、摩擦系数、磨损率等数据。

仿真模拟则可以通过建立精确的三维模型，利用有限元分析等方法，对自润滑关节轴承的接触性能进行数值模拟和分析。

自润滑关节轴承寿命估算方法马国清;庞煜;黄涛【摘要】减振器关节轴承在发生大负荷、低速和润滑不充分的情况下,很容易产生高摩擦和严重磨损,所以关节轴承的寿命主要是其摩擦与磨损寿命.而摩擦、磨损现象是十分复杂的,要准确计算这种寿命是十分困难的.结合经验公式、试验结果和对车辆使用的关节轴承磨损情况,对自润滑关节轴承的寿命估算法进行了研究,得到关节轴承寿命的计算方法,可以有效地对轴承寿命进行预测.%Under the conditions of heavy load, low speed and lacking of lubrication, the joint bearing of absorber can easily bring about high friction and badly worn.Therefore friction loss is the primary reason of the lifespan of joint bearing.The friction loss is complicated, and it is difficult to work out accurately lifespan of joint bearing.By collection the service condition of joint bearing and outcome of the experiment, combining with the empirical formulation and experiment results, the estimation method of self-lubricating joint bearing is analyzed.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】4页(P74-77)【关键词】关节轴承;磨损;自润滑【作者】马国清;庞煜;黄涛【作者单位】北京北方车辆集团有限公司,北京 100072;北京北方车辆集团有限公司,北京 100072;北京北方车辆集团有限公司,北京 100072【正文语种】中文【中图分类】TH133.3减振器在运转过程中，一方面沿活塞杆方向收缩，另一方面随平衡肘发生摆动，受力复杂；因此，在研究过程中，为简化问题分析，力值方面主要考虑来自杆方向的冲击。