【文章內容簡介】 Km/h高速客車軸承、兆瓦級風力發(fā)電轉盤軸承、重大型數(shù)控機床主軸軸承、石油鉆井機械軸承、精密醫(yī)療器械軸承等，并已經(jīng)實現(xiàn)了批量配套。建成了現(xiàn)代化鐵路提速軸承、高速高精密數(shù)控機床軸承等一批具有當代世界一流水平的生產(chǎn)線。建成了國內軸承行業(yè)一流的檢測試驗中心并通過國家實驗室的認可，國家級的企業(yè)技術中心在軸承行業(yè)綜合排名第一，具有雄厚的技術開發(fā)實力，具有較強的技術轉化機制和技術創(chuàng)新能力。每年R＆D 的投入均超過銷售收入的5%。近年來企業(yè)申請專利205 項，其中發(fā)明專利53 項。獲各種獎勵近200 項，研發(fā)大量新產(chǎn)品。瓦軸將全力支持此項目的研究，并與研究單位緊密合作，并在精密重載軸承的試制，加工，加工工藝，試驗等方面提供配套人員與資金，共建企業(yè)高校研究合作機制。此外，企業(yè)也將在技術轉化方面提供支持。（8）創(chuàng)新基地擬任項目組首席專家及項目組成員有長期從事本領域研究工作的經(jīng)驗，尤其在美國、英國、香港的研究經(jīng)驗，是有關機械設計、制造、裝配等方面研究的著名專家。因此，確保能夠及時把握國際上最新的研究動態(tài)，使研究工作始終保持在國際前沿。參加單位在機械工程學科、材料學科以及相關領域擁有良好的研究平臺，擁有“機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室”、“國家軸承工程研究中心”、“國家快速制造工程技術研究中心”、“金屬材料強度國家重點實驗室”、“固體潤滑國家重點實驗室”、“先進潤滑與防護技術國防創(chuàng)新研究中心”“軸承研發(fā)中心”、“金屬基復合材料國家重點實驗室”、“材料復合新技術國家重點實驗室”、“車輛傳動國防科技重點實驗室”、“先進加工技術國防重點學科實驗室”等以及上海市“激光制造與材料表面改性實驗室”、山東省“機械設計與制造重點實驗室”、教育部“現(xiàn)代設計與轉子系統(tǒng)重點實驗室”、“強度與振動重點實驗室”。特別是在985工程建設中，西安交通大學等投入數(shù)億元籌建了“制造科學與技術”、“精密制造技術與裝備”等工程科技創(chuàng)新平臺，這為本項目的順利開展提供了有力的物質和條件支撐。4) 創(chuàng)新點本項目致力于發(fā)現(xiàn)軸承服役過程中多物理場作用下的各種物理與化學行為及服役性能演變規(guī)律，建立創(chuàng)新的軸承設計與制造基礎理論，全面系統(tǒng)地開展軸承裝配與服役中的科學問題研究。主要的創(chuàng)新點和特色包括以下幾個方面：（1）理論層面： n 提出高性能軸承多界面系統(tǒng)動態(tài)潤滑接觸理論；n 提出軸承表面微/納復合結構自適應固體潤滑薄膜構筑方法，研制具有極端條件適應性和表面損傷自修復性的新型軸承潤滑劑；n 提出以熱力學、動力學和晶體學為基礎的微觀組織調控基礎理論；n 提出軸承組件制造過程中組織狀態(tài)遺傳演化理論；n 揭示滾動軸承服役性能創(chuàng)成機理。（2）技術層面n 軸承界面系統(tǒng)復雜性摩擦學行為大規(guī)模數(shù)值模擬技術；n 軸承組件控形控性制造技術：熱處理、表面改性、軋制、磨削工藝參數(shù)的精確控制；n 滾動軸承服役性能在線調控技術。（3）實驗方法層面n 高速重載精密滾動軸承摩擦學行為長期演化測試平臺與數(shù)據(jù)處理方法；n 服役條件下滾動軸承潤滑特性的測量方法；n 軸承滾道基體組織性能可控性軋制成形數(shù)值模擬實驗和物理模擬實驗方法；n 磨削力和磨削溫度的同時在線測試方法；n 軸承服役性能、預緊力在線測試與控制方法。5) 課題設置項目根據(jù)研究內容共設置6個課題：1. 軸承復雜界面系統(tǒng)相互作用的動態(tài)接觸機理及軸承失效；2. 高速重載精密軸承潤滑機理及熱失穩(wěn)機制；3．軸承多重潤滑膜生成機理及新型軸承潤滑材料設計；4．高速重載精密軸承材料熱處理工藝與組織性能調控；5．軸承滾道基體組織與表面狀態(tài)可控性制造；6．高速重載精密軸承服役性能控制研究。課題軸承復雜界面系統(tǒng)相互作用的動態(tài)接觸機理及軸承失效預期目標：高速重載精密軸承復雜界面微約束空間上涉及多物理多系統(tǒng)相互作用等問題。本課題通過發(fā)展復雜界面系統(tǒng)耦合場相互作用下動態(tài)接觸理論及數(shù)值模擬技術，探索高速重載精密軸承復雜界面系統(tǒng)的表面幾何拓撲結構、潤滑劑、軸承運動條件以及軸承材料的性能等因素對界面局部與整體動態(tài)接觸的影響規(guī)律；研究接觸區(qū)域演化，摩擦與磨損動態(tài)長期發(fā)展累加效應及其對界面耦合場動態(tài)演化的行為規(guī)律，為發(fā)展高速重載精密軸承設計、加工與應用技術提供理論基礎和科學依據(jù)。面向精密滾動軸承研究領域，提出發(fā)展包括滾動體及滾道的、表面幾何拓撲結構的、流體薄膜流動等的復雜界面系統(tǒng)多場耦合作用下動態(tài)接觸理論及宏微觀求解模型，以多域、多尺度方式開展對界面耦合場動態(tài)微接觸問題的研究?；趧討B(tài)接觸理論、摩擦與磨損預測模型，研究軸承運行失效機理。研究內容：（1） 軸承復雜界面系統(tǒng)相互作用的接觸理論與失效機理軸承動態(tài)接觸理論與方法的發(fā)展是高速重載精密軸承系統(tǒng)的一項基本研究，是認識軸承接觸機理與失效機制以及其它相應摩擦學問題的基礎?？紤]滾動軸承界面與結構復雜性因素，特別是各種微觀尺度或隱含因素的影響，傳統(tǒng)的赫茲接觸模型和有限元方法的局限性已經(jīng)不能獨立用于微觀接觸機理問題及相關摩擦學行為問題的有效預測。本項目將考慮具有球基或柱基幾何滾動軸承復雜界面系統(tǒng)接觸特點，發(fā)展能夠適合高速重載精密滾動軸承研究問題要求的界面系統(tǒng)彈性理論、動態(tài)微接觸理論以及大規(guī)模數(shù)值模擬方法。這需要發(fā)展能夠使用快速模擬技術的彈性模型、接觸力學模型、復雜界面的微觀力學表征方法、宏微觀接觸力學整合模型以及相應的動態(tài)跟蹤方法等。此外，設計、制造及安裝中諸如關鍵尺寸因素也將在這個問題中得到研究。復雜界面動態(tài)接觸理論與方法的發(fā)展為開展高重載精密滾動軸承失效機理認識提供科學的理論基礎。（2） 宏微觀拓撲結構對摩擦學系統(tǒng)行為長期演化的影響規(guī)律研究軸承滾動體與滾道界面拓撲結構對軸承系統(tǒng)動態(tài)微接觸及潤滑接觸的影響規(guī)律以及進一步的摩擦與磨損預測模型；探索滾道結構、滾動體形狀、回轉制造精度、表面加工精度以及材料性能匹配等對多物理與多系統(tǒng)耦合場相互作用下摩擦學行為長期演化的影響規(guī)律，以便獲得滾動體及滾道與耦合場相互適應的設計制造指導規(guī)范，包括考慮運行條件、材料及粗糙表面等因素。（3） 混合潤滑狀態(tài)下微觀動態(tài)接觸系統(tǒng)動力學行為軸承微觀動態(tài)接觸的系統(tǒng)動力學表現(xiàn)是認識高速精密軸承長期運行的精度保持機制或失效機理等問題的理論基礎。軸承在多物理耦合場作用下微觀動態(tài)接觸與系統(tǒng)動力學相關性的研究，包括微接觸區(qū)動態(tài)跟蹤、滾動摩擦、滑動接觸摩擦、全膜接觸摩擦、混合接觸摩擦、摩擦損耗精確預測、復雜微接觸區(qū)域上的動態(tài)牽引滾動接觸問題等模型與預測方法；進一步研究包括軸承微觀形貌與滾道形式等對摩擦及損耗的影響，并通過實驗驗證模型的準確性。（4） 真實工況試驗與理論預測有效結合及對軸承遠期性能發(fā)展的預測高速重載精密軸承通常工作在特定的真實工況下，其性能與失效模式往往不適合通過加速實驗方法進行壽命預測。通過軸承界面復雜相互作用的動態(tài)接觸理論及摩擦學系統(tǒng)行為的研究，發(fā)展將真實工況下的軸承實驗與模擬研究的有機結合模型，據(jù)此實現(xiàn)對真實工況下軸承遠期性能發(fā)展或失效表現(xiàn)的有效預測。（5） 急速啟停工況軸承動態(tài)接觸行為對軸承可靠性影響規(guī)律的研究急速啟停工況是指軸承在極短時間內運動狀態(tài)和承受載荷發(fā)生劇烈變化的一種工況，其研究成果有著重要的應用價值。高可靠性的要求需要對其接觸機理與壽命預測給出準確的理論預測與實驗評估。在這一類脈沖高速精密軸承中，極速工況下百分之百可靠性的要求對軸承的設計與制造及安裝提出極高的要求和技術上的挑戰(zhàn)，需要對整個軸承界面系統(tǒng)對工況的適應程度和工作機理以及失效機制進行深入的認識，包括急速啟停工況下的微接觸區(qū)域的變化規(guī)律、混合接觸、微觀界面幾何拓撲結構設計與制造等對軸承性能的影響。此外，急速工況的動態(tài)微接觸及其對動力學系統(tǒng)影響的分析也包括在該研究中。經(jīng)費比例：15%承擔單位：西安交通大學、瓦房店軸承集團有限責任公司、新疆大學課題負責人：王鳳才學術骨干：徐華、馬忠超、張優(yōu)云、課題高速重載精密軸承潤滑機理及熱失穩(wěn)機制預期目標：針對高速重載工況下引發(fā)的軸承潤滑失效和熱失穩(wěn)問題，建立多因素耦合的宏微觀潤滑接觸分析模型，揭示高速、重載工況下滾動軸承的潤滑成膜能力；分析潤滑膜熱失穩(wěn)機制；建立局部微凸體上潤滑膜破裂和表面溫度的關系；研究軸承系統(tǒng)中潤滑油的分布規(guī)律及對潤滑性能的影響，發(fā)展真實工況條件下潤滑油膜的動態(tài)測量技術，為高速重載等極端工況下軸承的穩(wěn)定精密運行提供理論基礎。研究內容：（1） 滾動軸承接觸界面全尺度多因素耦合潤滑接觸建模發(fā)展乏油效應和微特征間氣穴效應的算法，構建綜合考慮表面粗糙度效應、微特征間氣穴效應、乏油效應和溫度效應等多因素耦合的潤滑摩擦理論模型。該模型將可以同時處理不同的潤滑接觸區(qū)，包括表面直接接觸，將作為滾動軸承潤滑與摩擦機制研究的理論基礎。同時發(fā)展高效高精度的數(shù)值計算方法。（2） 高速重載條件下滾動軸承的油膜潤滑機理及界面參數(shù)影響規(guī)律研究研究極端工況下滾動軸承摩擦副的表面形貌參數(shù)、接觸體溫升、接觸體應力分布及變形、潤滑油流變特性對成膜性能的影響規(guī)律；潤滑膜的流變、時變特性與承載能力的關系；高溫潤滑失效機制和控制方法；為滾動軸承的接觸副結構和潤滑設計提供基礎。（3） 高速重載工況下滾動軸承接觸界面流體潤滑的熱失穩(wěn)機制研究軸承在高速重載工況下溫升引起的潤滑膜熱失穩(wěn)機制。軸承在工作的動態(tài)過程中，潤滑狀態(tài)將隨工況參數(shù)的變化而發(fā)生轉變。本研究將通過實驗手段和數(shù)值模擬，考察潤滑膜熱失穩(wěn)的發(fā)生、表面膜的吸附和解附以及對摩擦系數(shù)的影響，建立微凸體上潤滑膜破裂和表面溫度的關系，進而確定油膜破壞的臨界溫度，為流體膜熱失效提供判據(jù)。（4） 軸承工作條件下潤滑介質在運動界面的分布規(guī)律和成膜機理研究探索高速條件下軸承中潤滑介質在接觸界面的分布規(guī)律。建立軸承固體表面潤滑介質分布的測量方法，研究高速條件及軸承特有的運動學及動力學特征下潤滑介質的分布,為軸承潤滑理論分析中潤滑介質的供給提供理論依據(jù)。應用數(shù)值分析及實驗手段研究軸承中潤滑油膜的建立及行為特性，重點在于極度微量供油時不均勻或不連續(xù)油膜區(qū)的建立，過渡及保持。通過該方面的研究，找到最佳供油量條件與載荷、速度及表面特征等的關系，并得到油膜形狀、厚度、邊界膜所占比例等與供油量之間的關系。同時研究表面所攜油層厚度為微米尺度條件下的油膜厚度和形狀。研究結果將糾正關于供油條件的錯誤理解，為更有效、更經(jīng)濟、更環(huán)保的潤滑設計提供理論依據(jù)。（5） 真實條件下滾動軸承潤滑油膜的測量技術及相關機理研究開發(fā)能夠模擬真實工作條件下滾動軸承的潤滑油膜測量系統(tǒng)，在軸承系統(tǒng)中對滾動體與滾道間的潤滑過程進行直接觀察與測量。通過實驗測量，揭示軸承真實工作條件下的潤滑狀況，主要包括潤滑油膜的建立及演化過程、油膜的厚度及形狀特征、以及各滾動體潤滑副之間的相互影響。利用開發(fā)的測量系統(tǒng)研究不同潤滑條件下軸承的潤滑特征，包括自由表面油層的分布特點，潤滑區(qū)油膜的特性，為其工程設計提供基礎數(shù)據(jù)。經(jīng)費比例：15%承擔單位：北京理工大學、青島理工大學課題負責人：王文中學術骨干：郭峰、孔凌嘉、胡紀濱、楊沛然課題軸承多重潤滑膜生成機理及新型軸承潤滑材料設計預期目標：闡明軸承復雜運動導致的多種物理化學過程對軸承潤滑膜生成與失效行為影響規(guī)律，發(fā)展軸承表面多尺度微/納復合結構自適應固體潤滑薄膜構筑的新原理和新方法，探索具有極端條件適應性和表面損傷自修復性的軸承潤滑劑結構設計、制備及軸承摩擦表面遠程在線結構重整、表面強化及表面微損傷自愈合的新理論與新方法，建立基于固液耦合多重潤滑的高可靠自適應潤滑技術的相關理論，闡明其在極端條件下與環(huán)境相互作用規(guī)律，為高速重載精密軸承系統(tǒng)提供先進軸承潤滑材料方面的理論與技術支持。研究內容：（1） 研究極端工況條件下軸承構件表面潤滑膜生成與失效行為機制以典型精密、重載或高速軸承系統(tǒng)的潤滑材料為研究對象，根據(jù)其使役環(huán)境和特殊運行指標，在模擬服役速度、溫度、壓力、環(huán)境及隨機突變工況下等條件下，通過摩擦學試驗研究軸承表面層、潤滑介質的分子結構及微納結構對軸承摩擦界面潤滑膜形成與失效行為的影響規(guī)律；研究軸承表面與潤滑劑在摩擦過程中的物質交換、分子生成及微結構演化規(guī)律，在此基礎上得出多因素耦合作用下軸承界面物質結構演化過程以及軸承潤滑失效的材料學機制，為軸承表面的微納米結構設計加工及潤滑劑的分子設計奠定理論基礎。（2） 軸承構件表面微/納復合結構固體潤滑薄膜構筑基于低溫真空薄膜沉積技術，采用磁控濺射復合磁過濾陰極弧氣相沉積復合方法，從薄膜納米/非晶復合結構、多元/多界面材料特性協(xié)同以及表面織構化效應三方面入手，在軸承摩擦副表面發(fā)展高硬度、高韌性、超低摩擦系數(shù)、優(yōu)異抗磨性能以及具有一定摩擦環(huán)境自適應、自修復和自潤滑特性的多尺度織構化碳基復合薄膜體系。重點突破表層非晶/納米晶微結構的可控制備以及表面織構多尺度構筑方法，研究相應的成分和結構與薄膜潤滑性能關系的尺度效應，從理論上揭示特定環(huán)境下膜層自適應與低環(huán)境敏感性行為的形成機理，提出該類薄膜體系在高速重載下的失效機理和延壽理論。（3） 具有極端條件適應性新型潤滑介質設計制備基于分子設計和微納米結構設計，發(fā)展可適應極端溫度、極端速度、超重載荷、惡劣環(huán)境（強腐蝕、水淋、化學介質、粉塵、深海環(huán)境、高空、空間等）的流體（潤滑油）及半流體（潤滑脂）軸承潤滑介質，研究分子結構、微納米結構與其滾動軸承實際工況之間的關系規(guī)律，在此基礎上優(yōu)化設計以突破當前常規(guī)軸承潤滑劑在極端條件下使用的局限?；跐櫥瑒┡c軸承表面摩擦物理化學過程導致的物質交換及結構重塑特性，設計制備特殊結構的化合物或納米顆粒材料導入軸承潤滑體系，研究通過有益界面摩擦物理化學行為及可控摩擦表面沉積過程，實現(xiàn)摩擦表面結構重整、表面強化及表面微損傷自愈合的理論與方法。（4） 固液耦合多重潤滑體系的設計及服役行為研究具有特定微結構軸承摩擦表面的使役特性、對不同潤滑劑的響應特性及功能退化機制，研究軸承表面潤滑改性層對不同潤滑劑的適應特性與協(xié)同作用，在此基礎上研究協(xié)同利用軸承表面微結構加工、自適應固體潤滑薄膜及外加潤滑劑等提高軸承對多變工況環(huán)境下適應性的改善效果，在此基礎上建立基于固液復合多重潤滑的高可靠自適應潤滑技術的相關理論，為高速重載精密軸承系統(tǒng)提供先進軸承潤滑材料與技術支持。（5） 新型潤滑材料與