中宏网讯 两个陀螺同时转动，哪个先停下来？很多孩子都玩过的陀螺游戏，竟意外成了天津大学机械工程学院任成祖教授课题组跨界解决轴承摩擦特性评估难题的灵感。近日，相关研究成果以“基于动能变化测量滚动轴承的当量摩擦系数”为题发表在国际著名期刊《摩擦》上，并被选中为封背。

这位以高精度滚动轴承超精密加工技术与装备研究见长的教授，在科研中遇到一个难题：在太空等极端环境，高精密轴承的摩擦越少、能量的损耗越小越好。但同一条生产线上产出的几乎一模一样的超高精密轴承，哪个的摩擦性能更好一些？

任成祖教授发现，使用传统的摩擦力矩传感器评测滚动轴承的摩擦性能存在工况依赖性强、离散性大、稳定性差等问题，无法区分出高精密轴承摩擦性能极为微小的差异。受陀螺旋转游戏的启发，任成祖教授团队提出了一种基于动能定理的滚动轴承当量摩擦系数的测量方法。

“就像不同设计品质的陀螺停止总有先后，能量的耗散也就是摩擦做功可以随时间反映出来。而人类对时间的测量是可以极其精准的，这就是此研究的关键一环。”任成祖教授解释说。

团队成员从使用评估的角度出发，思考如何设计出在空天、新能源汽车等领域具有更高服役可靠性和极端工况适用性的高精度轴承。他们通过精巧的装置设计，使轴承像陀螺一样高速旋转直至停下，整个过程中以时间为中介，巧妙地搭建起动能损耗和摩擦力矩的测算关系，最终实现摩擦特性的评估。“可能正因为不是我们的主要研究领域，才能够用破界思维，摒弃传统测量方法寻求答案。”任成祖教授说。

据悉，传统上往往使用平衡法、传递法等直接测量摩擦力矩，测量中需要轴承保持匀速转动，并且受限于力矩传感器的精度和操作等影响。本研究放弃直接测力矩，从能量角度入手，使用高精度磁栅角速度传感器，通过观察减速过程，捕捉动态的摩擦特性，揭示出轴承摩擦特性随转速动态变化的规律。基于此，团队可以用一个无量纲系数——当量摩擦系数综合评价不同轴承的摩擦表现，成功将同一批次的十个高精度轴承按摩擦性能进行了排序，多次验证均得到相同结果，这是传统方法无法实现的。

新方法大幅提升了轴承摩擦性能的测量精度，为推动产业进一步升级、助力我国实现关键基础零部件自主可控奠定技术基础。

文章通讯作者是何春雷副教授和任成祖教授，第一作者是团队博士毕业生吴盘龙，现已就职于哈尔滨工业大学郑州研究院基础件与摩擦学研究所。相关研究受到国家重点研发计划（2018YFB2000404）支持，“滚动轴承摩擦学表征新方法”已授权日本专利和中国发明专利。（中宏网特约作者王敏报道 图文/天津大学 陈思 刘晓艳）

中宏网版权申明：凡注有“中宏网”或电头为“中宏网”的稿件，均为中宏网独家版权所有，未经许可不得转载或镜像；授权转载必须注明来源为“中宏网”，并保留“中宏网”的电头。