重载循环冲击下新型滚滑轴承的机制及摩擦润滑设计基础研究

本项目拟以40吨轴重的铁路重载运输车辆为具体应用对象，以滚动轴承和动压滑动轴承为基础，构建一种新型轴承（滚滑轴承），并从摩擦学设计角度出发，运用摩擦、润滑、力学及优化设计方面的理论和仿真技术，探究其内部机制，获得其设计规律及设计依据。研究内容包括：①滚滑轴承的构成、结构特征及配合关系，②润滑油的供应、过滤及密封设计，③重载循环冲击下滚滑轴承的润滑设计基础，④滚动体与滑动体之间的协调性，⑤重载循环冲击下滚滑轴承的摩擦设计基础。项目研究意义：不仅能为一种性能优良的新型轴承的诞生奠定理论基础，也可为重载循环冲击下轴承疲劳问题的解决提供一种全新的技术，而且项目后续孵化出的滚滑轴承系列产品应用前景广阔：不仅适用一般旋转设备，还特别适用重载循环冲击下的大型旋转设备，如替换我国铁路车辆上大约四百万套正在服役的轴承。由此可见，开展本项目研究不仅具有重要的理论意义和实际意义，而且具有良好的应用前景。

根据研究计划要点：①滚滑轴承的构成、结构特征及配合关系，②润滑油的供应、过滤及密封设计，③重载循环冲击下滚滑轴承的润滑设计基础，④滚动体与滑动体之间的协调性，⑤重载循环冲击下滚滑轴承的摩擦设计基础，经项目组成员的不懈努力，各项研究内容均已按计划完成。创建了滚滑轴承的结构，其结构由外圈、螺旋空心圆柱滚子、滑块和内圈四部分组成，其创新点是采用了螺旋空心圆柱滚子和特殊形状的滑块；确定了滚滑轴承的工作原理和承受载荷机理；确定了滚子采用螺旋空心圆柱滚子，滚子直径应比滑块厚度稍大，滑块径向的上下两面为非圆弧形，内外套圈中一个为构件，螺旋空心圆柱滚子与滑块相隔排列。提出了滚滑轴承润滑油供应的结构设计方案并研究了其润滑油过滤密封问题。运用摩擦润滑理论进行了滚滑轴承润滑设计的基础研究，证明了滑块在运行过程中可产生油膜，并推导得出了滑块形成油膜厚度的近似计算公式。运用振动力学、仿真技术研究了滚动体与滑动体之间的协调性，得到了滑块承担着主要载荷力的结论；滚滑轴承在相同条件下比滚动轴承具有更长的使用寿命；滚滑轴承具有滚动轴承同样的平稳工作性能；滚滑轴承系统振动的主振型有两种类型：一是同向振动，二是反向振动；滚滑轴承产生振动的影响因素有：内圈质量、滚子个数、内圈旋转角度、滚子的横向刚度、滑块与内外圈之间的油楔刚度，当这些因素以一定方式结合，且其值等于激振频率时，系统将产生共振等相关结论。运用摩擦学、材料科学方面的理论进行了滚滑轴承的摩擦减阻研究，制备出了定向碳纳米管薄膜；得到了微观结构参数对表面润湿性能的控制关系；通过气相传输法在材料表面得到了氧化锌薄膜，研究显示其有较好的减阻作用。