水润滑陶瓷滑动轴承研究 1． ． 绪论 近年来，液浮滑动轴承作为高精密主轴的关键技术受到广泛的关注。但是对于传统的滑动轴承摩擦副，由于润滑油粘度较高，并且在高速回转时由于发热大，导致机床热稳定性变差，因此使得油润滑滑动轴承不适合应用于高精密技术领域。而理论上来讲，同种工况下如果高速轴承采用低粘度的水来润滑，摩擦副发热则会比较小；并且水本身所固有的清洁性和阻燃性能够很好的满足现代社会对工程技术的安全性、环境友好性要求，它具备作为矿物油低成本的替代品的潜力。现在，水润滑滑动轴承慢慢的变成为当今精密加工行业的一大前沿研究课题 [1] 。 传统的滑动轴承材...

  水润滑陶瓷滑动轴承研究 1． ． 绪论 近年来，液浮滑动轴承作为高精密主轴的关键技术受到广泛的关注。但是对于传统的滑动轴承摩擦副，由于润滑油粘度较高，并且在高速回转时由于发热大，导致机床热稳定性变差，因此使得油润滑滑动轴承不适合应用于高精密技术领域。而理论上来讲，同种工况下如果高速轴承采用低粘度的水来润滑，摩擦副发热则会比较小；并且水本身所固有的清洁性和阻燃性能够很好的满足现代社会对工程技术的安全性、环境友好性要求，它具备作为矿物油低成本的替代品的潜力。现在，水润滑滑动轴承慢慢的变成为当今精密加工行业的一大前沿研究课题 [1] 。 传统的滑动轴承材料多为金属，但是其密度大、热导率与热线胀系数大，如果用在精密主轴系统中，主轴性能会受到很大影响。同时由于水对于金属有锈蚀性，因此在水润滑条件下金属已不再适宜作为轴承材料。但是陶瓷材料可以弥补水润滑的一些缺点，它具有耐磨损、耐非物理性腐蚀、热线胀系数小等优良特性，因此它能适应水润滑的边界摩擦和干摩擦状态，同时也不易发生腐蚀 [2] 。因此水润滑陶瓷轴承具备实现高速高精度指标、广泛加快速度进行发展的潜力。 2 ．水作为润滑剂的特性 矿物油是滑动轴承最为普遍的润滑剂，因此选用某品牌L-FD-22主轴润滑油与水进行性能对比。 表1 水与润滑油性能比较 特性 油(L-FD-22) 水 20 C下比重 0.87 1.00 运动粘度(mm 2 /s) 24.2 0.66 比热(kJ/kgK) 2.11 4.18 闪（沸）点(C ) 140 100 倾（熔）点(C ) -12 0 如表1所示，水与润滑油最大的不同在于粘度。水润滑主轴的承载能力、刚度都比较低，所以润滑形式的选择、结构设计及制造技术对水润滑轴承很重要。同时，相同工况下水膜厚度会比较小，边界润滑或干摩擦情况有极大几率会出现，因此轴承材料应具有较高的耐磨性。但水的低粘度带来的好处是，其摩擦功率要远小于油润滑形式时的摩擦功率，理论上水润滑主轴系统的发热量就较小，回转精度也较高。 与油相比水具有更高的比热值，相同情况下摩擦副的温升也更小，因此当主轴转速很高时水润滑主轴具有更优良的耐热性，这也是水润滑轴承最为突出的优点之一。 水的溶点更高导致水润滑轴承不适宜用在冰点以下的环境。同时水的沸点较低，因此在循环润滑系统中应该设计温度控制环节以防止水蒸气产生。事实上由于高的比热值，当水作为轴承润滑剂时一般工作时候的温度远低于其沸点。另外，由于水没有闪点，并且水本身就是天然灭火剂，当采用水润滑轴承时工作安全性也要更高。 3 ．陶瓷材料的选择 同传统金属轴承材料等相比，陶瓷轴承材料具备许多优良性能，主要有：陶瓷材料耐磨性好，因此在边界润滑甚至短时间干摩擦情况下依然能保持良好的工作状态；具有耐腐蚀、绝缘和耐高温的优良性能；陶瓷材料的高刚性使得陶瓷滑动轴承可减轻机械的振动，来提升精度；陶瓷材料的高硬度、较高的抗压强度及很低的摩擦系数，使陶瓷滑动轴承具有更长的寿命；陶瓷材料的低热膨胀特性，使陶瓷滑动轴承能在气温变化大的环境中使用；作为多孔材料，陶瓷滑动轴承又具有一定的自润滑性。 常用的工程陶瓷材料主要有Al 2 O 3 、ZrO 2 、SiC和Si 3 N 4 ，但是其在干摩擦及水润滑条件下的摩擦磨损机理又不完全一样。当干摩擦发生时，陶瓷摩擦副的摩擦性能较为关键；当轴承中水膜完整时，陶瓷摩擦副的流体摩擦作用会很明显。下面分别对这两部分进行研究。 干摩擦: : 干摩擦条件下增韧ZrO 2 （部分稳定氧化锆PSZ、氧化钇稳定的四方多晶氧化锆Y-TZP、