磁流體在軸承中的應用研究

磁流體是一種新興的納米流體潤滑材料，是由表面活性劑、基載液和納米磁性顆粒混合而成的膠狀懸浮液體，納米磁性顆粒通常采用鐵氧體(Fe₃O₄)顆粒，所以磁流體普遍為鐵磁流體。磁流體作為一種新型材料，具有超強的順磁性，可被磁場穩定控制，而且磁場梯度作用下的磁流體在軸承摩擦副中具有減摩抗磨作用，可以改善軸承的性能。

磁流體以其良好的減摩、耐磨及抗壓性能在軸承潤滑領域得到廣泛關注，包括軸承減振，提高軸承承載性能以及減小軸承摩擦磨損等。目前研究較多的是油潤滑方式的滑動軸承。如對于軸承轉子的振動問題，文獻[1]提出了一種以磁流體為潤滑液的油膜阻尼可控的浮動環軸承，該軸承利用磁流體在外部磁場作用下油膜黏度的可控性，實現對軸承剛度和阻尼的控制，從而抑制轉子振幅。文獻[2]將磁流體應用于靜壓軸承，該軸承主要通過外部磁場對磁流體潤滑劑施加外力。從而產生局部流動阻力和壓力。為了檢測磁流體軸承的承載和減磨性能，文獻[3]將磁流體直接置于環形磁鐵表面，形成圓環油膜，進行玻璃與磁環對壓試驗，結果表明，磁流體提供的液化氣體支承將兩接觸面隔開，從而減小摩擦磨損。該試驗模型只是對壓測試，沒有加入旋轉，檢測磁流體承載能力具有可行性，但對于檢測減磨性能缺乏說服力。

為防止漏油，形成高強度的油膜，滾動軸承大多采用脂潤滑方式；但相較于油潤滑方式，潤滑脂摩擦力矩較大，不適用于高速工況，此外，其降溫效果差，容易導致軸承過熱。在安裝有良好供油裝置的情況下，采用油潤滑的滾動軸承雖可克服上述難點，但操作和維護方面不如脂潤滑方便，增加了成本。而磁流體可以克服潤滑脂和潤滑油的難點，互補兩者優勢，既不甩油又能調節油黏度，適用于不同工況下的滾動軸承。

在高速下，推力球軸承溝道經常出現乏油的狀況，甚至形成干摩擦。文獻[4]將磁流體應用于推力球軸承定點潤滑進行摩擦試驗，溝道內磨損表面和三維輪廓如圖1所示，由圖可知：在干摩擦情況下，溝道內出現了嚴重的塑性變形、剝落和黏附現象，體現了點接觸干摩擦的磨損機理；隨著常規潤滑油的加入，溝道內磨損情況明顯改善；在無磁場作用的磁流體潤滑情況下，相較于常規潤滑油磨損大幅加劇，甚至接近干摩擦情況；但隨著磁場的添加，溝道磨損大大減少，明顯低于常規潤滑油的磨損情況，其三維形貌和沒有進行試驗的套圈溝道非常接近，平整光滑。該研究結果不僅證實了磁場作用下磁流體具有減緩甩油且減磨效

果極佳的特點，還拓寬了磁流體軸承潤滑的應用研究范圍。

磁流體潤滑理論豐富，目前研究側重于運用磁流體動力學基本方程以及磁流體黏度方程，

研究中結合了多孔結構潤滑效應，但對磁流體孔-液擠壓薄膜潤滑效應認識尚不完全清楚，亟需突破；磁流體油膜特性取決于其磁場作用下的黏度可控性，研究中考慮到了磁流體應力耦合效應、孔隙率以及工況參數等影響因素，普遍是以面接觸為潤滑模型，需拓展對點/線接觸下磁流體潤滑機理的研究才能完善磁流體潤滑理論，從而逐步推進其在軸承上的應用研究。

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