我國科研人員從陀螺獲取靈感解決軸承摩擦特性評估難題

新華社天津6月3日電（記者張建新、栗雅婷）兩個(gè)陀螺同時(shí)轉(zhuǎn)動，哪個(gè)先停下來？受陀螺旋轉(zhuǎn)游戲的啟發(fā)，近日，我國科研人員提出了一種基于動能定理的滾動軸承當(dāng)量摩擦系數(shù)測量方法，為解決軸承摩擦特性評估難題提供了新思路。

這一科研成果由天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院任成祖教授課題組取得，該成果近日發(fā)表在國際期刊《摩擦》上。

任成祖以高精度滾動軸承超精密加工技術(shù)與裝備研究見長，他在科研中遇到一個(gè)難題：在太空等極端環(huán)境中，高精密軸承的摩擦越少、能量損耗越小越好。但同一條生產(chǎn)線上產(chǎn)出的幾乎一模一樣的超高精密軸承，哪個(gè)摩擦性能更好一些？

任成祖發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)的摩擦力矩傳感器評測滾動軸承的摩擦性能存在工況依賴性強(qiáng)、離散性大、穩(wěn)定性差等問題，無法區(qū)分出高精密軸承摩擦性能極為微小的差異。受陀螺旋轉(zhuǎn)游戲的啟發(fā)，該科研團(tuán)隊(duì)提出了一種基于動能定理的滾動軸承當(dāng)量摩擦系數(shù)的測量方法。

當(dāng)量摩擦系數(shù)測量原理及測量裝置示意圖。新華社發(fā)

“就像不同的陀螺停止總有先后，能量的耗散也就是摩擦做功可以隨時(shí)間反映出來。而人類對時(shí)間的測量可以極其精準(zhǔn)，這就是該研究的關(guān)鍵一環(huán)?！比纬勺娼忉屨f。

科研團(tuán)隊(duì)從使用評估的角度出發(fā)，思考如何設(shè)計(jì)出在空天、新能源汽車等領(lǐng)域具有更高服役可靠性和極端工況適用性的高精度軸承。他們通過精巧的裝置設(shè)計(jì)，使軸承像陀螺一樣高速旋轉(zhuǎn)直至停下，整個(gè)過程中以時(shí)間為中介，巧妙地搭建起動能損耗和摩擦力矩的測算關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)摩擦特性的評估。

研究團(tuán)隊(duì)放棄了傳統(tǒng)方法，轉(zhuǎn)而從能量角度入手，使用高精度磁柵角速度傳感器，通過觀察減速過程，捕捉動態(tài)的摩擦特性，揭示出軸承摩擦特性隨轉(zhuǎn)速動態(tài)變化的規(guī)律?；诖?，團(tuán)隊(duì)使用當(dāng)量摩擦系數(shù)綜合評價(jià)不同軸承的摩擦表現(xiàn)，成功將同一批次的十個(gè)高精度軸承按摩擦性能進(jìn)行了排序，多次驗(yàn)證均得到相同結(jié)果。

任成祖表示，這一方法大幅提升了軸承摩擦性能的測量精度，為推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步升級、助力我國實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件自主可控奠定技術(shù)基礎(chǔ)。