CN101576476A - 一种自润滑关节轴承摩擦学性能的评价方法 - Google Patents

一种自润滑关节轴承摩擦学性能的评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种自润滑关节轴承摩擦学性能的评价方法首先对自润滑关节轴承摩擦磨损试验中摩擦系数和磨损量等动态数据记录并进行宏观分析；其次，利用扫描电电子显微镜、能谱分析仪等对自润滑关节轴承摩擦表面进行微观分析，分析其摩擦磨损机理，并进一步用微观现象验证宏观摩擦磨损性能变化趋势的正确性；最后，采用三维表面形貌轮廓仪对自润滑关节轴承摩擦表面进行三维形貌扫描，结合三维表面形貌图和三维形貌参数，定量分析出自润滑关节轴承的磨损状态。本发明采用三种不同方法对自润滑关节轴承摩擦学性能进行评价，各方法之间相互验证，层层递进，从定性到定量，进而达到准确、完整、全面地评价自润滑关节轴承的摩擦学性能。

Description

一种自润滑关节轴承摩擦学性能的评价方法
技术领域
本发明属于摩擦学技术领域，主要涉及一种自润滑关节轴承摩擦学性能的评价方法。
背景技术
随着自润滑关节轴承生产水平的迅速提高，自润滑关节轴承作为一种处于干摩擦状态下，受到圆周方向往复式旋转作用，还往往承受重载和冲击载荷作用的关键零部件，其摩擦磨损性能具有自身的特性。自润滑关节轴承的往复摆动因幅度大而不同于微动，又因往复旋转运动而不同于普通的往复直线运动。因此，自润滑关节轴承在摆动运动下摩擦学性能的准确评估已成为制约其发展的关键问题。
目前评价自润滑关节轴承摩擦学性能的手段主要有：测量摩擦系数、磨损量、利用扫描电电子显微镜进行微观分析等。摩擦系数和磨损量的测量分析可以反映自润滑关节轴承的宏观摩擦学性能，但不能体现其微观的摩擦磨损机理，对于摩擦学性能的评价是不完整的。当前，最常用的微观分析方法是利用扫描电电子显微镜来进行表面微观分析，它的不足之处在于仅能看到试验后的表面微观形貌，但不能对其进行定量描述和评价，只能够凭借表面形貌大致说明其摩擦磨损机理，对于摩擦磨损机理的分析欠准确。
实际上，要准确的评价自润滑关节轴承摩擦学性能是十分困难的。由于自润滑关节轴承的摩擦面是由金属或非金属组成，其摩擦学性能与摩擦副表面的尺寸结构、组织成分及受载后的变形程度等有关。所以要准确评价自润滑关节轴承摩擦学性能，不仅需要准确测量出自润滑关节轴承的宏观数据，而且需要准确地描述摩擦面的微观形貌，更需要定量地评价出摩擦表面的磨损状态。目前，国内外对于准确详细地评价自润滑关节轴承摩擦学性能的方法未见报道。
发明内容
本发明提供了一种自润滑关节轴承摩擦学性能的评价方法，以达到准确评价自润滑关节轴承摩擦学性能的目的。还可扩展为任何金属或非金属摩擦副的摩擦学性能的评价。
摩擦副接触方式还可同时适用于滑动摩擦和滚动摩擦。
本发明实现上述目的采取的技术方案是：首先对自润滑关节轴承摩擦磨损试验中摩擦系数和磨损量等动态数据记录并进行宏观分析；其次，利用描电子显微镜、能谱分析仪对自润滑关节轴承摩擦表面进行微观分析，分析其摩擦磨损机理，并进一步用微观现象验证宏观摩擦磨损性能变化趋势的正确性；最后，采用三维表面形貌轮廓仪对自润滑关节轴承摩擦表面进行三维形貌扫描，结合三维表面形貌图和三维形貌参数，定量分析出自润滑关节轴承的磨损状态。
本发明具有以下特点：
(1)采用三维表面形貌轮廓仪对摩擦表面进行三维表面形貌的定量分析，补充了仅仅用扫描电子显微镜观察其微观形貌的单一方法，而且能定量描述磨损状态。因此该方法不仅能够更全面地分析关节轴承的摩擦磨损机理，而且能够更准确地评价摩擦表面的磨损等级。
(2)采用三种不同方法对自润滑关节轴承摩擦学性能进行评价，三种方法之间相互验证，层层递进，从定性到定量，进而达到准确、完整、全面地评价自润滑关节轴承的摩擦学性能。
附图说明
图1为本发明试验轴承摩擦系数随摆动频率变化的关系曲线。
图2为本发明试验轴承线磨损量随正压力变化的关系曲线。
图3为本发明试验轴承衬垫材料的扫描电镜微观照片。
图4为本发明试验轴承内圈外表面EDS能谱分析图。
图5为本发明试验轴承衬垫材料PTFE编织物表面C、O、Fe、Cr元素的面扫描。
图6为本发明试验轴承的三维表面形貌图。
图7为本发明不同试验条件下三维形貌参数算术平均偏差值(Sa)与均方根偏差(Sq)值。
具体实施方式
结合实施例对本发明进一步说明。
(1)试验过程中，在不同载荷和摆频的情况下，对自润滑关节轴承的摩擦系数和磨损量等参数进行动态监测。试验结束后对其具体数据进行分析，从各参量随载荷和频率变化的曲线图中分析其变化规律。例如，试验轴承为某型号自润滑关节轴承，内圈内径12mm，内圈宽度10mm，外圈外径25mm，外圈宽度7mm，外圈内表面粘有一层PTFE编织物，内外圈为钢材料。图1和图2分别为试验轴承摩擦系数随摆动频率变化的关系曲线和自润滑轴承线磨损量随正压力变化的关系曲线图。从图中可以看出，摩擦系数和线磨损量随摆动频率和压力变化趋势和变化规律。
(2)采用扫描电子显微镜、能谱分析仪对摩擦面进行微观分析，结合微观形貌和能谱图分析自润滑关节轴承的摩擦磨损机理，进一步用微观现象验证宏观摩擦磨损性能变化趋势的正确性。图3为试验轴承衬垫材料的扫描电镜微观照片，从图中可大致分析其摩擦磨损机理，且根据微观图片表面的变化可得出与图1和图2变化趋势和规律基本一致的结果。但图3c和3e微观形貌比较接近，从图中很难分辨出哪个磨损更严重。
图4为试验轴承内圈外表面EDS能谱分析图，可以看出，自润滑关节油承内圈表面粘着物元素的百分含量，由于内圈表面粘着物中出现有C、O、F元素，并且从微观照片中可以看到有凸起的物质，完全可以判断出粘着在内圈表面的是PTFE编织物。因此，可从能谱分析角度进一步分析试验轴承的摩擦磨损机理。
图5为PTFE编织物表面C、O、Fe、Cr的面扫描图片(0.73Hz，16MPa)(a)C；(b)O；(c)Fe；(d)Cr。从中可以看到，在PTFE编织物表面上各种元素的分布含量，其中颜色的深浅代表含量的多少，且发现有PTFE编织物中不存在的Fe和Cr，这说明有内圈钢材料转移粘附到PTFE编织物上。这样就从能谱分析的面扫描角度更全面地解释了试验轴承的摩擦磨损机理。
(3)利用三维表面形貌轮廓仪对自润滑关节轴承摩擦面进行三维形貌扫描，结合三维表面形貌图和三维形貌参数，定量分析出自润滑关节轴承的磨损状态，再结合(1)和(2)的分析进一步准确、全面地评价其摩擦学性能。
图6为PTFE编织物表面三维形貌图(a)PTFE编织物原始照片；(b)摆频0.73Hz，压力16MPa；(c)摆频0.73Hz，压力66MPa；(d)摆频3Hz，压力16MPa；(e)摆频3Hz，压力66MPa，不同颜色代表表面起伏的高低。由图6对照图3以及图1和图2可以看出，其变化规律是一致的，但是这样还不能准确地说明它们的区别，由于图3c和3e的表面微观形貌区别不大。所以必须从另一个角度用定量的方法来准确分析。图7就是采用三维形貌参数中其中算术平均偏差(Sa)和均方根偏差(Sq)两个参数对摩擦表面进行定量表述的，从数值上完全能准确判断出上述图3c和3e的磨损严重性，从而更全面、更完整、更准确地评价了试验轴承的摩擦磨损性能。

Claims (1)

1、一种自润滑关节轴承摩擦学性能的评价方法，其特征是：首先对自润滑关节轴承摩擦磨损试验中摩擦系数和磨损量等动态数据记录并进行宏观分析；其次，利用描电子显微镜、能谱分析仪对自润滑关节轴承摩擦表面进行微观分析，分析其摩擦磨损机理，并进一步用微观现象验证宏观摩擦磨损性能变化趋势的正确性；最后，采用三维表面形貌轮廓仪对自润滑关节轴承摩擦表面进行三维形貌扫描，结合三维表面形貌图和三维形貌参数，定量分析出自润滑关节轴承的磨损状态。
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