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賦能智能制造與安全運(yùn)行的“精準(zhǔn)之眼”，高精度壓力測(cè)量及校準(zhǔn)線上會(huì)議即將開啟
2025年6月4日13:00，為突破測(cè)量精度極限、構(gòu)建[詳細(xì)]
陀螺玩具啟發(fā)研究思路 天津大學(xué)解決軸承摩擦特性評(píng)估難題
2025年06月04日 14:30:14
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：1025
天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，從中獲得啟發(fā)，提出了一種基于動(dòng)能定理的滾動(dòng)軸承當(dāng)量摩擦系數(shù)測(cè)量方法，該方法成為了解決了軸承摩擦特性評(píng)估難題的重要手段。
軸承作為機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件，雖看似普通，卻在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，小到兒童玩具，大到航天工程。尤其是在空天、新能源汽車等領(lǐng)域，軸承直接決定了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。像是在太空等極端環(huán)境中，越高性能的軸承，意味著越低的能量損耗。而決定軸承性能的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)便是軸承摩擦特性，同批次的軸承，摩擦性能越好，精密度便相對(duì)越高。
但是想要評(píng)價(jià)軸承的摩擦性能卻并不容易。傳統(tǒng)的摩擦力矩傳感器在測(cè)量滾動(dòng)軸承的摩擦性能時(shí)，存在工況依賴性強(qiáng)、離散性大、穩(wěn)定性差等問題，這導(dǎo)致了傳統(tǒng)方法無法分出高精密軸承摩擦性能的微小差距。盡管這對(duì)于一些常規(guī)的軸承使用場(chǎng)景，影響不大，但是對(duì)于涉及到高精密軸承，并且對(duì)于設(shè)備精度有較高要求的使用場(chǎng)景，卻有著較大的影響。這也是為什么尋找軸承摩擦特性評(píng)估新方法作為一個(gè)重要課題被業(yè)界重視。
而令人意想不到的是，陀螺這一大眾熟知的兒童玩具，竟成為了新方法誕生的一個(gè)重要契機(jī)。
接觸過陀螺玩具的讀者應(yīng)該會(huì)注意到，不同的陀螺減速過程快慢各不相同，一般情況下，減速過程越慢的陀螺，更受到小孩子的歡迎，被認(rèn)為品質(zhì)更好。事實(shí)上，陀螺減速的過程本身是能量損耗的過程，更進(jìn)一步說是摩擦做功的過程。天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，從中獲得啟發(fā)，提出了一種基于動(dòng)能定理的滾動(dòng)軸承當(dāng)量摩擦系數(shù)測(cè)量方法，該方法成為了解決了軸承摩擦特性評(píng)估難題的重要手段。
研究團(tuán)隊(duì)通過精確測(cè)量減速過程中軸承轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化關(guān)系，來計(jì)算軸承摩擦耗能的功率。簡(jiǎn)而言之就是將摩擦系數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)時(shí)間的測(cè)量。而人類對(duì)時(shí)間的測(cè)量是可以極其精準(zhǔn)的，換言之只要構(gòu)建出兩者之間的聯(lián)系，便可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)地測(cè)量軸承的摩擦特性。
天津大學(xué)公開的研究過程中提到，“研究團(tuán)隊(duì)從使用評(píng)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(dòng)能損耗和摩擦力矩的測(cè)算關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)摩擦特性的評(píng)估”。
與傳統(tǒng)研究方法相比，這種方法放棄直接測(cè)力矩，轉(zhuǎn)而從能量角度入手，使用的設(shè)備是高精度磁柵角速度傳感器。而測(cè)試結(jié)果也十分可觀，團(tuán)隊(duì)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，并且多次驗(yàn)證均得到相同結(jié)果，這已經(jīng)一定程度上大破了傳統(tǒng)方法存在的局限性。
而該成果也有望推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步升級(jí)，為我國(guó)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)提供助力。目前相關(guān)研究成果以“基于動(dòng)能變化測(cè)量滾動(dòng)軸承的當(dāng)量摩擦系數(shù)”為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊《摩擦》上，并被選中為封背。
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