本书共分10章，反映了作者研究衬垫型自润滑向心关节轴承失效机理和寿命评估方法的*新成果。通过摩擦磨损试验、衬垫剥离试验和加速寿命试验，结合微观分析，本书系统论述了衬垫材料、粘接方法、前处理工艺以及不同工况等对衬垫粘接性能、成膜机理、磨损失效机理和轴承摩擦学性能的影响，并提出了适合于复合摆动工况的关节轴承寿命方程。 本书内容对提高关节轴承摩擦副的减摩耐磨性能、延缓轴承失效以及准确预测轴承寿命具有重要意义。本书可供摩擦学、材料学、机械设计等领域的工程技术人员参考，同时可供有关院校的研究生和高年级本科生阅读参考。

前 言
第1章 衬垫型自润滑关节轴承国内外发展现状
1.1 自润滑关节轴承结构类型及应用领域
1.2 自润滑向心关节轴承研究现状
1.2.1 关节轴承的主要失效形式及失效判定标准
1.2.2 转移膜的形成机理和破坏机理的研究
1.2.3 轴承摩擦学性能试验研究和寿命试验机
1.2.4 轴承服役寿命评估方法研究
1.2.5 磨损理论及其计算方法
第2章 衬垫超声波处理和稀土处理对其粘接性能和轴承摩擦学性能的影响
2.1 衬垫前处理工艺方法
2.2 衬垫的剥离试验方法
2.2.1 试验材料
2.2.2 试验设备
2.2.3 试验参数
2.2.4 试验方法
2.3 衬垫摩擦磨损性能试验
2.3.1试验材料
2.3.2 试验设备
2.3.3 试验参数
2.3.4 试验方法
2.3.5 微观分析方法
2.4 刚柔球面接触副关节轴承的摩擦诱导成膜机理分析
2.4.1关节轴承的粘接性能
2.4.2 关节轴承的摩擦学性能
2.4.3 前处理工艺与关节轴承摩擦诱导成膜性能的关联分析
2.4.4 刚柔球面接触副关节轴承的成膜机理分析
2.5 刚柔球面接触副关节轴承的磨损机理分析
2.5.1 前处理工艺对关节轴承表面材料物理化学变化的影响
2.5.2 衬垫前处理工艺对刚柔球面接触副关节轴承磨损机理的影响
2.5.3 衬垫前处理关节轴承的成膜性能对磨损机理的影响性分析
2.6 本章小结
第3章 基于有限元的衬垫型自润滑关节轴承热分析
3.1 静热弹性有限元分析
3.1.1 模型简化及建立
3.1.2 计算结果分析
3.2 热力学有限元分析
3.2.1 装配尺寸确定
3.2.2 模型简化与建立
3.2.3 计算结果分析
3.3 试验及数据分析
3.3.1 试验目的
3.3.2 试验方案
3.3.3 试验设备和对象
3.3.4 试验数据分析
3.4 本章小结
第4 章 不同摆动方式下的衬垫型自润滑关节轴承疲劳磨损失效机理
4.1 有限元建模
4.1.1 基本定义
4.1.2 接触和约束定义
4.1.3 单元设置和网格划分
4.1.4 内圈的运动模拟
4.1.5 材料定义
4.2 结果分析与讨论
4.2.1 扭矩和压力分布
4.2.2 与钢/钢摩擦副向心关节轴承计算结果对比
4.3 衬垫失效机理分析
4.3.1 衬垫变形和纤维的蠕变断裂
4.3.2 表面疲劳磨损、磨粒磨损及摩擦热
4.3.3 冲击效应
4.4 试验验证
4.4.1 衬垫自润滑层PTFE纤维的断裂和磨损
4.4.2 衬垫磨损表面的疲劳损伤行为
4.5 本章小结
第5章 PTFE/芳纶斜纹织物衬垫力学性能分析
5.1 PTFE/芳纶编织衬垫的几何模型
5.1.1 织物衬垫介绍
5.1.2 织物衬垫原始几何模型
5.2 织物衬垫的磨损模型
5.3 织物衬垫的原始弹性性能分析
5.3.1 直线段的柔度矩阵
5.3.2 曲线段的柔度矩阵
5.3.3 RVE中整个经纱的柔度矩阵
5.3.4 RVE中整个纬纱的柔度矩阵
5.3.5 RVE中粘接剂的柔度矩阵
5.3.6 平均体积法求RVE总柔度矩阵和弹性常数
5.4 磨损阶段的弹性性能分析
5.4.1 模型1磨合阶段的磨损深度
5.4.2 不同磨损阶段的弹性性能计算方法
5.5 衬垫在偏轴方向的弹性常数计算方法
5.6 PTFE/芳纶编织衬垫弹性常数数值结果
5.7 关节轴承有限元分析
5.7.1 有限元建模基本要点
5.7.2 有限元分析结果
5.8 试验方法研究轴承摩擦学性能主要影响因素
5.9 本章小结
第6章 双应力加速寿命试验及寿命可靠性分析
6.1 试验设备及试验方法
6.1.1 试验材料
6.1.2 试验设备及仪器
6.1.3 试验方法和试验方案
6.2 不同衬垫关节轴承的摩擦学性能及寿命研究
6.2.1 不同衬垫关节轴承的摩擦磨损特性研究
6.2.2 不同衬垫关节轴承的磨损寿命研究
6.3 基于加速寿命试验的关节轴承寿命可靠性评估
6.3.1 基于极大似然估计法的寿命可靠性评估
6.3.2 基于比例危险模型的寿命可靠性评估
6.3.3 两种方法的关节轴承寿命可靠性对比
6.4 本章小结
第7章 阶梯载荷条件下关节轴承的摩擦学性能及寿命分析
7.1 试验设备和试验方法
7.1.1 复合摆动摩擦磨损试验机
7.1.2 JSM-5610LV型扫描电子显微镜
7.1.3 试验材料
7.1.4 摩擦学性能试验方法
7.1.5 寿命试验方法
7.2 阶梯载荷对关节轴承摩擦学性能的影响
7.2.1 摩擦学性能试验方案
7.2.2 磨损量和摩擦温度试验结果及分析
7.2.3 摩擦学性能的影响因素主次分析
7.2.4 磨损表面微观分析与磨损机理分析
7.3 阶梯载荷对关节轴承寿命的影响
7.3.1 关节轴承寿命影响因素分析
7.3.2 阶梯载荷下关节轴承寿命试验
7.3.3 对机械标准关节轴承寿命公式的修正
7.3.4 试验验证
7.4 阶梯载荷条件下关节轴承失效影响因素分析
7.5本章小结
第8章 基于组合磨损理论的自润滑向心关节轴承磨损寿命模型
8.1 滑动表面磨损率计算方法及组合磨损理论
8.2 向心关节轴承磨损寿命模型推导
8.2.1 三种摆动形式
8.2.2 运动分析
8.2.3 受力分析
8.2.4 磨损量分析
8.2.5 磨损寿命模型推导及计算方法
8.3 计算及结果分析
8.3.1计算程序
8.3.2 结果及分析
8.4 讨论
8.4.1 三种摆动工况组合磨损率特征对比
8.4.2 旋转摆动工况下磨损寿命公式推演
8.4.3 倾斜摆动工况下磨损寿命公式推演
8.4.4 复合摆动工况下磨损寿命公式推演
8.4.5 m、n、K之间的理论关系
8.4.6 静态下最大接触压力与名义接触应力的对比
8.4.7 与钢/钢摩擦副向心关节轴承法向磨损特征对比

8.4.8 磨损寿命比与包角的关系

8.5 本章小结

第9章 基于加速寿命试验的轴承不同摆动方式对其寿命可靠性的影响

9.1 试验设备和试验条件

9.2 加速寿命试验方法

9.2.1 确定加速应力类型

9.2.2 确定加速应力的施加方式

9.2.3 确定加速应力的水平

9.2.4 确定试验件数量及试验终止条件

9.3 确定恒加试验的寿命模型和基本假定

9.4 加速模型及加速因子

9.5 分布参数的最好线性无偏估计（BLUE）

9.6 Weibull分布假设检验方法

9.6.1概率图检验方法

9.6.2范-蒙特福特（V-Montfort）检验方法

9.7 形状参数相等的假设检验-巴特利特检验

9.8 试验结果及讨论

9.8.1不同摆动方式摩擦温升对比

9.8.2 旋转摆动试验结果及特征寿命加速寿命方程

9.8.3 倾斜摆动试验结果及特征寿命加速寿命方程

9.8.4 复合摆动试验结果及特征寿命加速寿命方程

9.8.5 不同摆方式下轴承特征寿命对比

9.8.6 特征寿命分布密度对比

9.8.7 特征寿命分布概率对比

9.8.8 平均失效率对比

9.8.9 与理论计算结果对比

9.9 威布尔分布参数和加速寿命方程参数的最大似然估计

9.9.1 多应力水平下的牛顿型迭代法求解最大似然方程

9.9.2 单应力水平下的参数的最大似然估计

9.10 摩擦副磨损情况对比

9.11本章小结

第10章 自润滑向心关节轴承寿命评估方法研究

10.1 轴承摩擦副材料

10.2 摩擦副应力分布特征

10.3 轴承失效机理和疲劳磨损理论

10.4 影响轴承寿命的因素和寿命经验公式

10.4.1 载荷的影响

11.4.2 摆速的影响

10.4.3 结构参数的影响

10.4.4 摆动方式的影响

10.5 试验分析—pv值对轴承摆动寿命的影响

10.6 SKF公司和JB/T 8565-2010标准的寿命计算公式对比

10.6.1 额定动载荷和名义接触应力的对比

10.6.2 旋转摆角对寿命的影响

10.6.3 摆频对寿命的影响

10.6.4 载荷对寿命的影响

10.6.5 恒定载荷和恒定摆频下pv值改变对寿命参数的影响对比

10.7 旋转摆动加速寿命方程的检验和修正

10.7.1 特征寿命方程的检验

10.7.2 特征寿命方程的修正

10.8 复合摆动加速寿命方程的检验和修正

10.8.1 关于载荷改变的特征寿命方程的检验和修正

10.8.2 满足旋转摆动条件的修正

10.8.3 满足倾斜摆动条件的修正

10.8.4 复合摆动轴承寿命计算方法检验及计算流程

10.9 解析寿命模型的完善

10.9.1 寿命模型基本参数的确定

10.9.2 解析寿命模型中工况条件参数K的求解

10.9.3 解析寿命模型计算结果验证

10.9.4 基于解析寿命模型的轴承结构参数对寿命的影响

10.9.5 解析寿命模型的简化

10.10 本章小结

参考文献

衬垫型自润滑关节轴承是一种在外圈内球面粘接一层自润滑衬垫层的球面滑动轴承，具有自润滑、长寿命、承载力大等特点，能满足其在铁路机械、轻工、航空航天等领域的使用要求。随着自润滑关节轴承在各个领域的广泛应用，尤其在高铁、航空航天、军工等高新科技领域的应用需求量日益增加，对衬垫型自润滑关节轴承的性能提出了更高的要求，如服役性能、可靠性、使用寿命等关节轴承在一些重载、大扭矩等工况下工作时，往往因轴承的摩擦学性能急剧下降，使内外圈配合面因胶合出现抱死现象，或因磨损导致内外圈配合间隙过大而使轴承的运动特性丧失，从而导致轴承失效。研究该类轴承的磨损机理、寿命可靠性及寿命预测方法对设备的安全使用有着十分重要的意义。研究衬垫型自润滑关节轴承的方法很多，主要包括试验研究、仿真分析、几何建模等，研究内容也集中在转移膜性能研究、轴承摩擦学性能研究、衬垫材料和处理方法研究、衬垫的粘接性能研究等几个方面。对于衬垫型自润滑关节轴承，由于摩擦转移膜一般都会在自润滑衬垫层与内圈外球面相对滑动过程中形成，而其形成状况将直接影响自润滑关节轴承的运行特性、摩擦磨损性能及使用寿命，因此从微观上开展关节轴承的摩擦诱导成膜机理和磨损机理研究，对于提高轴承服役性能和使用寿命具有重要意义，但是只从微观分析上下手还显得不够，需要结合宏观研究，而宏观和微观的结合研究将会带来更多有意义的、 更全面的成果。微观研究的方法主要是采用扫描电镜(SEM)、能谱仪 (EDS)和X射线光电子能谱分析仪(XPS) 等先进微观分析设备对磨损后的轴承衬垫和内外圈摩擦表面的微观形貌和元素组成进行分析。宏观研究包括对轴承的摩擦学性能以及衬垫的剥离性能进行分析研究，主要包括摩擦温度、磨损量、摩擦因数以及剥离强度等方面。而轴承的磨损寿命预测方法，国际上主要轴承生产厂家都对轴承提出了不同的寿命估算公式，但这些公式的适用范围受到限制，并且在实际使用中有的寿命估算公式并不能准确地对相关轴承寿命进行预测，甚至预测结果与实际相差甚远。轴承寿命影响因素非常复杂，不断对其寿命估算方法进行完善显得非常重要。正是基于以上的研究背景，在国家自然科学基金的支持下，作者十几年来一直致力于衬垫型自润滑关节轴承失效机理与寿命评估方法的研究。本书中的内容正是这十几年来研究成果的总结。由于学术水平和试验条件的限制，书中内容难免有不足甚至错误之处，恳请读者批评指正。