线性轴承的摩擦与磨损运动分析

线性轴承的摩擦与磨损运动分析

摩擦___两个相互接触的物体，当有相对运动或有相对运动趋势时，在接触面上产生的阻碍运动的作用。摩擦可分为滑动摩擦和滚动摩擦两种。

磨损___机件或其他物体由于摩擦和使用而造成损耗。

磨损一般来源于摩擦，但磨损与摩擦力、摩擦系数之间的关系却很复杂。在具体工作条件下影响磨损的因素很多，其中有环境因素（湿度、温度和介质等）、润滑条件、工作条件（载荷、速度和运动方式等）、零件材料的成分、组织以及工作表面的物理化学性质等。

摩擦学是关于相对运动中的两个表面之间摩擦，润滑和磨损的研究和应用原理。在直线轴承系统中，这两个表面是轴承元件和导向滚道。

1、摩擦和磨损

术语“磨损”通常是指劣化，但在讨论与轴承相关的摩擦学原理时，它指的是轴承表面上的材料损失。磨损是使用时由轴承经受的负载，速度和其他操作条件导致的必然结果。直线轴承的寿命 - 无论是循环型还是普通型 - 都取决于轴承表面的磨损量。

▲两个表面之间的干涉是直线轴承磨损的主要原因
轴承应用中磨损的主要原因是摩擦。尽管轴承的设计和制造具有极其光滑的表面，但无论表面的抛光和抛光程度如何，它们都不可避免地会有微观结构（也称为凹凸不平）或“粗糙”斑点——材料倾斜和突出。这有点类似山麓上的峰和谷。
▲此处显示在轴承滚道上的剥落是“疲劳失效”的标志。
由于两个支承面，例如滚道和滚珠，相互移动，每个表面上的“峰”发生碰撞，不仅会在表面干扰时产生摩擦，而且”峰”在磨损轴承表面也会作因摩擦而破碎为颗粒并释放，从而导致过早疲劳失效。

润滑通过将轴承滚道与滚动或滑动元件（滚珠，滚子或滑动轴承表面）分开，不仅减少了表面之间的摩擦与磨损，而且降低了产生的热量。润滑甚至还可以抑制轴承表面的腐蚀并保护它们免受污染。

2、摩擦学可视化：斯特里贝克曲线（Stribeck curve）

基于润滑剂的粘度，表面之间的压力和轴承的速度，轴承表面之间产生不同程度的润滑。润滑膜的发展和摩擦的变化显示在斯特里贝克曲线上

▲润滑层的形成取决于润滑剂的粘度，表面之间的压力和轴承的速度。
当轴承静止时，润滑剂被挤出表面之间的空间。由于两个表面之间的相互作用，该阶段的摩擦力很高。这被称为边界润滑或边界摩擦。
随着轴承开始移动，润滑剂被拉入表面之间的空间。表面之间的压力导致润滑剂的粘度增加，并且在轴承和滚道之间形成薄的润滑层。在一些地方，润滑层将两个表面分开，但在其他地方，两个支承表面的“峰”仍然有接触。摩擦减少了，但尚未达到最小。这被称为混合润滑或混合摩擦。

一旦速度增加到足够大时，润滑层就完全分离了轴承表面。在这个操作阶段，摩擦是由润滑的变薄而不是表面干涉引起的。这被称为弹性流体动力润滑或弹性动力学摩擦。

3、直线轴承的润滑选择

轴承通常用油或油脂润滑。润滑脂更好地粘附在表面上并且持续时间比油更长，这使润滑脂成为滚动轴承的更常见选择，例如循环球和滚子轴承。并且由于速度对润滑膜形成的影响，润滑脂通常在低速应用使用，因为它在边界润滑和混合润滑的条件下可以提供更好的保护。
另一方面，油比油脂的散热更好，使其更适用于发热成问题的高速应用。油也可以通过外部润滑系统循环，该系统可以冷却油并过滤掉任何碎屑。油也更容易流动，使其更好地润滑复杂的结构和表面。但由于其低粘度，它可能不适合垂直表面，因为它易于在最低的可用空间中汇集。油雾可以解决这个问题，但增加了轴承系统的成本和复杂性。

滑动轴承通常由（或浸渍）自润滑材料制成，例如PTFE（Teflon），Delrin或尼龙。但是这些材料的润滑释放并不一致。滑动轴承表面之间的滑动接触产生显着的摩擦和热量。因此，虽然有些滑动轴承可以在没有润滑的情况下运行，但即使对于使用自润滑材料的轴承，使用外部润滑也是有益的 - 特别是在应用涉及高负载或高速时。

注意，适当的润滑不仅要求对轴承使用正确的润滑类型及其操作条件，还要使用 适量的润滑剂。太多的润滑剂实际上会增加轴承中的摩擦和热量，并且可能损坏轴承表面的微粒。