高速列车轴承纳米润滑机理分析与可靠性评估

针对我国高速列车轴承的急需，突破关键技术，提高轴承可靠性，润滑技术作为提高轴承可靠性的主要途径是本次课题研究的重点。采用摩擦学试验方法研究单一纳米粒子作为润滑脂添加剂的可行性，将筛选出的几种单一纳米粒子根据各自不同的特性，按不同配比混合添加到Ⅳ型锂基脂中，进行相容性与稳定性试验，通过摩擦磨损试验机，比较磨斑直径、摩擦系数、OK值等参数，获得复合纳米粒子添加剂的最佳添加浓度。借助原子力显微镜、纳米显微硬度测量仪等先进仪器，分析表面形貌、纳米压痕等参数，揭示部分复合纳米粒子作为润滑脂添加剂的润滑机理。利用高速列车轴承疲劳寿命试验机组进行完全失效实验，建立对数正态分布数学模型与Weibull分布数学模型，对比在几种润滑条件下高速列车轴承的噪声、振动和温升等具体数值，完成复合纳米粒子添加剂的可靠性评估。课题的研究成果将对复合纳米粒子添加剂在高速列车轴承中的大规模应用提供科学依据。

针对我国高速列车轴承的急需，突破关键技术，提高轴承可靠性，探究纳米材料对润滑脂性能的影响。研究了在润滑脂中分别添加二氧化锆、二氧化钛和二氧化硅三种纳米材料作为Ⅳ型锂基润滑脂添加剂对钢-钢和钢-陶瓷摩擦副摩擦性能的影响，完成润滑脂与纳米材料相容性与稳定性试验后，通过摩擦磨损试验机，比较磨斑直径、摩擦系数、OK值等参数，获得纳米粒子添加剂的最佳添加浓度。通过四球摩擦实验发现三种纳米材料均有减磨效果，其中添加量为0.6%的纳米二氧化钛润滑脂对钢-钢摩擦副的平均摩擦系数比原始脂下降了23%，而对钢-陶瓷摩擦副0.3%的氧化锆润滑脂减磨效果最好，比原始脂平均摩擦系数下降了23.24%。并且通过实验可以发现，钢-陶瓷摩擦副的减磨效果比钢-钢摩擦副效果要好，在同样的原始脂下，钢-陶瓷摩擦副比钢-钢摩擦副的平均摩擦系数下降了23.59%。借助先进的分析仪器，揭示部分纳米粒子作为润滑脂添加剂的润滑机理。通过两两组合进行复配试验，结果证明复合纳米润滑脂配比为1%氧化锌和0.5%氮化硅时获得了润滑性能最优的纳米润滑脂，即摩擦系数和磨斑直径最小。摩擦系数降低到0.0701，相对于基础脂降低了34.3%。磨斑直径减小到0.727，相对于原始润滑脂降低了8.3%。 . 为了验证润滑脂在实际应用中的效果，本实验在高速电主轴驱动的试验机上对纳米润滑脂进行了实际的高速运转试验，通过高速试验机测试在不同纳米润滑脂润滑下不同摩擦副的摩擦性能，对结果分析得到添加纳米材料后的润滑脂都较原始脂无论是减振性能、温升性能以及噪音方面都有较好的改善，且陶瓷球轴承比钢球具有更好的高速性能。课题的研究成果将对复合纳米粒子添加剂在高速列车轴承中的大规模应用提供科学依据。