航天长寿命轴承润滑技术

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行 业 技 术轴承运转时保持架同向运转，由于受到离心力，多孑L材料保持架内的润滑油有向外转移的趋势；同时轴承运转时摩擦产生的热量使保持架出现温升，而润滑油的体积膨胀系数较保持架材料大，保持架材料内部微孔内所含润滑油的体积膨胀量比微孔体积增加量大，产生-种压迫润滑油向外表面渗透的内压力 ，在这两种力的作用下润滑油从多孔材料内溢出至表面。随着保持架温度的升高，内部润滑油黏度降低 ，其流动性增强 ，润滑油向滚动体表面转移的速率加快。

滚动体转动时将保持架表面润滑油转移到接触的滚道面上，逐渐形成-层油膜，把相互接触的表面隔开从而起到润滑作用 [3。

多孔材料保持架的独特之处在于其具有回收润滑油的能力，保持架材料内微孔对润滑油产生的毛细管力大小与微孔直径成反比，与润滑油和多孔材料之间的表面张力成正比，该力阻止保持架内润滑油的过快流失。当轴承停止运转时，内部温度降低，同样由于两种材料的热膨胀系数不同，在微孔 内形成负压，将相接触的多余润滑油吸入到保持架孔内。在转速、载荷、温度及润滑油特性等外界条件-定时，通过运转会建立-种动态平衡，此时出油与吸油速率相等，油膜厚度稳定，这是-种理想的平衡状态，多孔材料保持架进入了平稳工作区。

装有多孔材料保持架的航天长寿命轴承的润滑过程为：保持架滚动体滚道 滚动体 保持架。

1.3航天长寿命轴承 多孔材料保持架目前，航天长寿命轴承主要采用多孔尼龙材料保持架、多孔棉布-酚醛材料保持架和多孑L聚酰亚胺材料保持架。

1.3.1多孔尼龙材料保持架1959年美国麻省理工学院最先研制出具有相互贯通微孔的多孑L尼龙材料，随后多孔尼龙材料保持架成功应用于美国Titan-2型陀螺轴承中。在相对湿度为50%时，干燥的多孔尼龙材料可吸收 3%w/w的水分，浸满油后只能吸收0.6%w/w的水分，表明只有很少的水分可以进入已经充满润滑油的材料 内。

与多孔棉布-酚醛保持架材料相比，其含油率较高且可以形成从保持架到滚道面和再从滚道面返 回保持架的循环润滑系统 [4]。但该材料存在不能根据需求独立地调节或改变孔径或总孔容、阻力较大、化学稳定性与耐温性差、摩擦学性能不佳、耐空间环境状况差等缺点，限制了其更广泛的应用。

1.3.2多孔棉布-酚醛材料保持架多孔棉布-酚醛材料以棉布为基材，酚醛树脂为粘合剂 ，热反应型发泡剂为成孔剂，采取热碾压及烧结工艺制成管状材料。其利用棉纤维的毛细管作用储备并将润滑油输送到保持架表面，从而起到长期润滑作用 ，其耐热性优于多孔尼龙保持架材料 ，尺寸稳定性较高，是传统的多孔保持架材料。

多孔棉布-酚醛保持架材料对水分十分敏感，尚未浸油的多孔棉布-酚醛保持架材料暴露在-定湿度的空气中时，会因吸湿而使材料膨胀并阻止材料中与棉纤维相连的毛细孔对油的吸收，且多孔棉布-酚醛材料保持架的直径增加 0.2%-0.4% 5，保持架尺寸变大而紧贴轴承外圈 [6]。完全浸油后的多孔棉布-酚醛材料保持架暴露在-定湿度的空气中时 ，轴承工业 2013.06 25撬术行 业 技 术表 1 国内与美国 Dixon公司生产的多孔聚酰亚胺保持架材料性能由于吸湿而迫使其毛细孑L中高达 1/3-1/2的润滑油流出。因此多孔棉布-酚醛材料保持架在制造、浸油、轴承的安装以及储藏时应尽量免受空气湿度的影响。

此外，多孔棉布-酚醛保持架材料还存在材料孔隙率、含油率和含油保持率相对较低的弊端，限制了其应用。

1.3-3多孔聚酰亚胺材料保持架多孔聚酰亚胺材料保持架以聚酰亚胺模塑粉为原料，采用冷压自由烧结或定容烧结工艺制成。内部具有贯通的通孔，其孔隙率、孔径及分布可通过改变制备工艺进行控制，采用不同粒度的模塑粉、调节成型工艺参数可以实现对孔径和孔隙率的精确控制 [3]。

多孔聚酰亚胺保持架材料较多孑L棉布-酚醛与多孔尼龙保持架材料化学稳定性及耐温性好、摩擦磨损性能优异、机械强度高、空间环境耐受性好，含油率和含油保持率较高且可控可调，能够在轴承使用过程中提供良好持续的润滑，成为研究和应用的重点。

Dixon公司 7]和洛阳轴研科技股份有限公司生产的多孔聚酰亚胺保持架材料部分性能对比见表1。

26 轴承工业 2013.062长寿命补充供油技术2.1长寿命补充润滑的必要性航天长寿命轴承多孔材料保持架中润滑油存在的散失或变质问题使润滑周期降低，这主要是由于： (1)在离心力作用下，有-部分润滑油向轴承滚道外散失，不能继续润滑轴承； (2)在真空条件下 ，润滑油蒸发加剧，部分润滑油散失； (3)在工作过程中，润滑油还会发生化学变化生成非润滑物质 ，在高温环境下这-现象更为明显。同时航天器的任务周期越来越长 ，如 NASA的空间探测器任务周期为 3O年 [8，这对润滑寿命提出了更加苛刻的要求 ，单靠多孑L材料保持架中的浸油量无法满足需求，必须发展长寿命补充供油技术。

2.2长寿命补充润滑的原理及常用结构形式为了有效延长轴承及航天器寿命 ，在航天轴承的安装部位设计供油系统 ，如储油器、储油箱及泵辅系统 [9-10]，利用控油技术使内部的润滑油缓慢流向轴承，补充散失或变质的润滑油。

根据工作特征 ，航天器中润滑系统可分为无源润滑系统和有源润滑系统2]。无源润滑系统是在离心力或表面迁蹙 撬