陶瓷滚动轴承和滚动轴承磨损的国内外研究现状.docx

陶瓷滚动轴承和滚动轴承磨损的国内外研究现状在20世纪60年代，美国首先在滚动轴承的试验研究中应用了陶瓷材料。当时研究的陶瓷材料主要是氧化铝、氧化锆、玻璃和金属陶瓷等。1963年美国科学家Taylor等人采用热压氧化铝与热压碳化硅材料制作的滚动体在高于811K的温度下,发现其能保持良好的刚度，这说明陶瓷材料的在高温下的耐腐蚀性相比轴承钢要好许多。1968年Harris对轴承滚动体在高速下的离心力进行了试验，显示由密度较小的氮化硅材料制成的轴承滚动体，可以有效地延长轴承的使用寿命。这一段时期，研究者通过试验研究最终发现氮化硅陶瓷是所有的陶瓷材料中最适合制作轴承的材料。进入到20世纪70年代，科学家们将目光投入到以氮化硅材料为基础的陶瓷滚动体，进行了一些试验研究，并取得了卓越的成绩。1971年Scott D和Blackwell J等人对热压氮化硅陶瓷使用四球滚动试验机进行滚动接触磨损试验,结果表明，氮化硅陶瓷是一种可湿润且可以使润滑油在轴承中形成适当油膜的陶瓷材料；在不润滑的情况下,热压氮化硅陶瓷是最耐磨的材料；在高温条件下，使用固体润滑剂可降低热压氮化硅材料的磨损；在应力相等的条件下，氮化硅混合陶瓷的疲劳寿命比其他陶瓷混合轴承高许多。1975年Parker和Zaretsky对各种材料制造的滚动轴承进行了五球疲劳寿命试验。结论显示：在相同应力条件下，热压氮化硅陶瓷轴承的使用寿命相当于或高于同型号钢轴承的使用寿命，且热压氮化硅轴承的使用寿命比其他陶瓷轴承寿命要高许多倍；热压氮化硅陶瓷球的疲劳破坏形式与轴承钢滚动体疲劳破坏形式相似。20世纪80年代，随着对混合陶瓷轴承技术越来越成熟，电主轴和机床主轴中使用混合陶瓷轴承的情况越来越多，对陶瓷轴承的相关研究也集中在确立疲劳寿命评价指标和系数、提高混合陶瓷轴承中滚动体的加工效率、提高混合陶瓷轴承的使用可靠性中。国外有最先开始陶瓷轴承研发的美国，还有陶瓷轴承生产实力较强的德国、日本、瑞典等国家。此外，全球各个国家和地区也都在积极地开发陶瓷轴承。目前，全球范围内研究陶瓷轴承处于领先水平的主要公司有美国的Temken和Norton、德国的FAG和GRW、日本的NSK和KOYO、瑞典的SKF、法国的圣戈班、俄罗斯的ROSV等公司。我国对陶瓷轴承的研究始于80年代末,虽起步较晚，但是步伐较快。在1986-1990年间，对氮化硅轴承开展了研究工作；1991-1995年间，“陶瓷球轴承研究与开发”被列入科技攻关项目，该项目由山东工业陶瓷设计研究院、洛阳轴承研究所与北京中国建筑材料科学研究院联合承担，对氮化硅球坯的制造工艺、氮化硅滚动体的加工方法、陶瓷轴承的试验进行了相关研究。袁成清等根据对轴承各个主要的磨损过程进行试验机模拟，收集各磨损阶段的磨粒信息和表面磨损信息，并对二者的关系做定性分析。得出可以通过磨粒信息在润滑油中的监测情况来判断轴承的表面磨损状况，进而进行轴承的故障诊断和预测。金永福通过分析轴承内部摩擦学系统，从摩擦学角度对轴承内部摩擦磨损特性进行动力学模型建立，系统的研究了轴承内部热量、轴承温度和油量之间的关系，结果表明基于摩擦学系统方法构建的轴承内部摩擦磨损动力学模型可以准确的反映轴承磨损的真实状况。赵迎祥等利用灰色系统理论对滚动轴承的磨损寿命数据进行预测，通过实例验证了此方法具有较好的预测精度。灰色系统模型能在数据较少的情况下建立，可以节约试验费用，且建模精度高，简单实用。近年来，由于成本降低，陶瓷滚动轴承已经在诸如机床主轴、滚轴溜冰鞋、自行车、精密医疗手术器械及纺织机械等方面得到大量的应用，一般认为陶瓷球的疲劳寿命是评价陶瓷球能否用于滚动轴承的可靠技术依据。因此，如何提高材料和能源的利用率随着科技水平的提高变得更加迫切、重要，减少滚动轴承在工作中的磨损并延长使用寿命，在工业生产中占据着重要地位。磨损是一种十分复杂的微观动态流程，影响条件甚多。通过磨损机理来分类，有微动磨损、黏着磨损、磨料磨损、冲蚀磨损等。此外，还有热磨损和侵蚀磨损等次要的类型。由于磨损表面受到产生的磨料的影响非常大，因而又可根据磨损表面的破坏形式把磨损分为:剥落、划伤、胶合、点蚀、腐蚀。为此，需要有经济可靠的试验技术和高效实用的评价技术来评价陶瓷滚动轴承磨损来进行研究。参考文献：1肖顺根，宋萌萌基于小波包能量神经网络的滚动轴承故障诊断方法J机械强度，2014，03:340-3462郭兰中，陈花玲基于磨损试验的滚动轴承寿命及可靠性H机械研究与应用，2008，21(2):125-1263白晓波，吉晓民，魏锋涛一种基于轴承寿命图谱的滚针轴承设计方法J机械强度，2014，06:960-9654袁成清，王志芳，周志红，等不同磨损形势下的滑动轴承磨损表面及其磨粒特征J润滑与密封，2008，33(12):21-24