自润滑关节轴承寿命试验及损伤失效机理研究现状

刘云帆^1,2，秦红玲¹，韩翠红^2,3，石佳东^2,3，马国政²，王海斗²

1. 三峡大学机械与动力学院2. 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室3. 河北工业大学材料科学与工程学院

摘 要：自润滑关节轴承具有结构简单紧凑、免维护、无需添加润滑剂等诸多优点,现已成为航空航天装备和工业设备中广泛应用的一种重要基础运动部件。目前,包括美、法、德、英等在内的多个航空航天工业发达国家很早就对自润滑关节轴承进行了全面的研究工作,并形成了完整的关节轴承标准体系。而国内对自润滑关节轴承的研究起步晚,自润滑关节轴承在高精尖工业领域中的应用研究技术趋近于空白,尤其是在关节轴承的服役寿命预测和失效机理探究等基础性研究上十分薄弱。近年来,随着高精尖领域对自润滑关节轴承服役性能及寿命的要求不断提高,自润滑关节轴承寿命演变规律及其损伤失效机理的研究受到高度重视。研究人员发现自润滑衬垫/涂层的磨损失效是引起自润滑关节轴承失效的最主要原因,在服役过程中经常面临着重载、高频、高低温循环、强氧化、强辐射等异常恶劣的工况,其损伤失效机理是否发生了改变以及如何改进轴承寿命预测模型以提高寿命预测的精度成了当今的研究热点。目前,相关研究人员分别以摆动频率和载荷为加速应力设计了加速寿命试验,提升了自润滑关节轴承寿命试验效率,并且以Weibull分布中的参数变化作为判定关节轴承失效机理变化的依据,极大地加强了关节轴承寿命预测模型的准确性。同时,国内外学者针对衬垫型和部分涂层型自润滑关节轴承的失效机理展开了研究,揭示了衬垫型自润滑关节轴承摩擦副表面在不同工况下的成膜机理和磨损失效机理,并且发现利用超声波、化学溶液等表面改性方法能够在一定程度上改进衬垫的摩擦学性能,提高其服役寿命。本文首先总结了自润滑关节轴承寿命试验的研究现状,主要对关节轴承寿命试验的设备、标准和方法展开论述。然后,重点分析了自润滑关节轴承损伤失效机理,其中对自润滑关节轴承的失效形式及失效判定准则进行了简要介绍,着重分析比较了自润滑材料性能、摩擦表面加工质量、服役工况等影响自润滑关节轴承损伤失效的主要因素。最后,对自润滑关节轴承寿命试验及失效机理的重点研究方向进行了展望。

关键词：自润滑关节轴承;寿命试验;摩擦磨损;损伤失效;