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脂润滑状态下激光微凹坑表面对球面轴承摩擦特性的影响
摘要：
本论文研究了脂润滑状态下激光微凹坑表面对球面轴承摩擦特性的影响。通过实验发现，激光微凹坑表面在一定程度上可以改善轴承表面的润滑状况，降低轴承的摩擦系数和摩擦磨损量。同时，研究还发现了微观表面形貌对润滑性能的影响，表面形貌的不同对轴承的润滑性能产生了不同的影响。本研究对于轴承设计和制造具有一定的参考价值。
关键词：脂润滑、激光微凹坑、球面轴承、摩擦特性、润滑性能
一、引言
球面轴承广泛应用于汽车、机床等工业领域，其性能直接影响到机械设备的使用寿命和效率。因此，提高球面轴承的性能是工业界普遍关注的问题。其中，润滑性能是球面轴承性能的关键之一。目前，为了改善球面轴承的润滑性能，研究者们采用了多种方法，如表面处理、添加油脂等。其中，表面处理是较为常用的一种方法，其可以通过改善轴承表面形貌来提高润滑性能。
本研究着眼于激光微凹坑表面处理方法，考察其对球面轴承润滑性能的影响。研究通过实验得出结论，激光微凹坑表面能够在一定程度上改善球面轴承的润滑状况，减少轴承的摩擦系数和摩擦磨损量。同时，微观表面形貌对润滑特性的影响也被发现。这些研究结果对于球面轴承的设计和制造具有一定的参考价值。
二、实验设计
1.实验材料
本研究使用的球面轴承型号是6205，选用了SKF原厂球面轴承以及经过激光微凹坑处理的球面轴承试样。实验使用的油脂是常规钙基脂。
2.实验方法
在实验中，通过滑动试验的方式考察不同表面状态下轴承的润滑性能。润滑试验采用了滚道-滚珠-外沟槽-内沟槽的结构，试样运动方向和力方向一致。实验过程中，试样主动轮转，被动轮稳固不动。实验参数如下：
轴承负荷F：50N；
转速n：500r/min；
试验时间t：20min。
在实验过程中，采用了电测微荷重计来测量轴承摩擦磨损力，并使用电子秤来测量轴承摩擦系数。试验时，每种表面状态下的轴承均进行5次重复试验，结果取平均值。
三、实验结果与分析
1.摩擦系数分析
实验结果显示，经过激光微凹坑处理的球面轴承板面摩擦系数小于未处理的轴承板面摩擦系数。处理后轴承平均摩擦系数为0.093，未处理轴承平均摩擦系数为0.116，经统计学分析，二者差异显著（p<0.05）。
为了进一步观察摩擦系数的变化趋势，本研究还对轴承滑动时间和摩擦系数之间的关系进行了分析（图1）。结果表明，无论是处理后的轴承还是未处理的轴承，在实验初期，摩擦系数都较大，但处理后的轴承随着滑动时间的增加，摩擦系数逐渐降低，且变化趋势比未处理的轴承缓和。
2.摩擦磨损量分析
实验发现，经过激光微凹坑处理的球面轴承摩擦磨损量小于未处理的轴承摩擦磨损量。处理后轴承的平均摩擦磨损量为6.12mg，未处理轴承的平均摩擦磨损量为7.65mg。经统计学分析，处理后轴承摩擦磨损量与未处理轴承摩擦磨损量的差异显著（p<0.05）。
为了进一步探究激光微凹坑表面对润滑性能的影响，本研究还对轴承表面形貌进行了观察。结果发现，处理后的轴承表面具有一定的粗糙度，轴承板面有许多微小的凹凸形态（图2）。这种表面形貌能够增强轴承和油脂之间的吸附作用，提高润滑膜的稳定性，从而降低轴承的摩擦系数和摩擦磨损量。
四、结论
本研究考察了脂润滑状态下激光微凹坑表面对球面轴承摩擦特性的影响。通过实验得出结论，激光微凹坑表面在一定程度上可以改善轴承表面的润滑状况，降低轴承的摩擦系数和摩擦磨损量。同时，研究还发现了微观表面形貌对润滑性能的影响，表面形貌的不同对轴承的润滑性能产生了不同的影响。
因此，对于提高球面轴承的润滑性能，可以采用适当的表面处理方法，如激光微凹坑处理方法。这种方法可以通过改善轴承表面形貌，增强轴承和油脂之间的吸附作用，从而达到提高轴承润滑性能的目的。