高低温环境下航天轴承裕油和乏油弹流摩擦特性及润滑剂流变特性的研究

针对目前我国缺乏对于航天轴承弹流摩擦特性和航天润滑剂流变特性研究的现状，本项目拟模拟液体润滑航天轴承的真实工况，建立航天轴承摩擦特性试验机，对高低温环境下航天轴承裕油、乏油和干涸弹流摩擦特性进行试验和理论研究。建立裕油、乏油弹流润滑下两接触副之间摩擦系数的计算模型；对弹流润滑状态下航天润滑剂的流变特性和流变参数进行研究；建立高低温环境下裕油和乏油下航天轴承的Stribeck润滑状态曲线图；分析乏油和干涸弹流润滑下润滑油组分的变化；对乏油弹流润滑进行数值模拟，分析压力分布和剪应力分布等。项目的研究对于提高我国航天轴承的设计质量和寿命，对轴承摩擦力矩和润滑性能的准确预测，及保证卫星等航天器的工作精度及寿命具有重要意义，并为国产航天润滑剂的研发提供重要数据，有望阐明乏油弹流润滑的机理，也必将为弹流润滑理论及润滑剂流变学的发展奠定基础。

. 近十年我国对于航天轴承摩擦特性的研究主要集中在边界摩擦特性、滑动接触的研究。而航天轴承重要的工况高低温环境、接触区弹流润滑或混合润滑的接触条件以及裕油、乏油和干涸供油并没有考虑进去。对于润滑剂流变特性的研究集中在非弹流工况和低剪切率的研究。. 本项目首先研制了模拟航天轴承实际工况即接触副滑滚接触、高剪切率、裕油和乏油弹流润滑下的摩擦特性试验机，可实现喷油润滑下高低温摩擦特性测试，最低温度可达到-30 °C，最高模拟速度可达到40m/s，小滑滚比时的测试精度高于其它同类试验机，这些指标达到了国际领先水平。. 其次，进行了高低温环境下裕油、乏油弹流润滑下航天轴承摩擦特性的测试和分析， 分析了滚动速度、滑滚比、载荷、环境温度、时间对摩擦系数的影响；建立了国产航天润滑油弹流润滑状态下摩擦系数数据库以及摩擦系数的计算公式；建立了裕油和乏油条件下航天润滑油的Stribeck曲线图；采用红外线光谱仪和扫描电镜等仪器对试件表面的润滑油在试验前后的组分进行了对比分析。上述研究对于探索航天轴承实际工况下的真实摩擦特性具有科学意义，对于航天轴承的设计以及航天润滑油的改进都具有重要意义。 . 然后，建立了轴承实际工况下的国产航天润滑油的流变模型，给出了润滑油流变参数的确定方法，建立了流变参数与工况条件的计算公式，填补了我国在该领域的空白。本项目不仅给出了系统剪切模量、润滑剂剪切模量的概念区别和计算方法，还给出了不同型号轴承中如何计算剪切模量，具有创新性和重要的科学意义，对推动流变学理论的发展具有一定的意义。. 最后，进行了高低温环境下航天轴承乏油弹流润滑数值模拟研究，对于研究乏油工况下，两接触件之间接触区内油膜压力、油膜厚度和剪应力分布具有科学意义和应用价值。. 项目基本达到了预期的完成目标，有两点内容未完成。一是由于很少的油量下才能出现乏油，油量小到无法定量称取，所以无法进行油量对摩擦系数影响的研究。二是乏油工况只有有限的几种，不具普遍性，所以建立航天轴承摩擦副最终稳定摩擦系数与供油油量和工况条件之间的关系式也就无法进行。. 本项目执行期间，共授权发明专利6项，授权实用新型专利1项；发表论文25篇，SCI收录4篇，EI收录16篇；获得河南省科技进步奖二等奖1项、优秀学术论文奖3项。.