我院任成祖教授团队提出滚动轴承摩擦特性表征新方法

（通讯员 / 何春雷）滚动轴承作为卫星动量轮、陀螺仪等航天精密仪器的关键基础件，摩擦性能是衡量其质量的综合性指标。针对传统表征轴承摩擦性能的摩擦力矩存在工况依赖性强、离散性大、稳定性差等问题，天津大学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。测量原理如图1所示，通过高速自由减速工况下当量摩擦系数的测量，揭示了滚动轴承摩擦学性能随转速动态衰减规律，将滚动轴承复杂摩擦行为转化为动能耗散率变化实现了动态定量表征。本研究突破了传统力矩平衡法的稳态测量局限，实现了摩擦性能评价维度从静态力矩平衡向动能连续耗散的原理性跨越。建立了虑及滚动轴承内部摩擦行为的当量虚拟滑动轴承模型，定义了表征滚动轴承综合摩擦特性的无量纲当量摩擦系数，为不同类型的轴承摩擦性能评价提供一种新途径。基于轴承自由减速原理建立滚动轴承摩擦当量摩擦系数测量平台，实现了速度连续条件下被测轴承摩擦性能测量，采用高精度光栅速度传感器替换传统力矩传感器，破解了传统轴承摩擦测量设备中力矩传感器“精度高则量程小，量程大则精度低”的矛盾，将滚动轴承摩擦性能的测量精度提高1-2数量级。

本研究的测量技术实施将极大提高精密滚动轴承的摩擦学性能测量精度，为有效提升滚动轴承在空天领域（如卫星、惯性导航系统等）的服役可靠性和极端工况适用性、推动滚动轴承产业进一步升级、助力我国实现关键基础零部件自主可控的战略目标奠定技术基础。

图1 滚动轴承当量摩擦系数测量原理

图2 代表性学术论文发表于《Friction》并被选为封背

本研究相关成果已发表于国际著名期刊《Friction》、《Measurement》，其中“Measurement of the equivalent friction coefficients of ball bearings based on the variations in kinetic energy”被《Friction》选中为封背（图2），吴盘龙博士为第一作者，何春雷副教授和任成祖教授担任通讯作者，相关研究受到国家重点研发计划（2018YFB2000401）和国家自然科学基金项目（51935008，52175430）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。本文第一作者吴盘龙现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，主要从事研究轴承摩擦学性能及其稳定性方面的研究。

课题组在轴承领域近期发表的部分学术论文：

1. Wu P, He C*, Ren Z*, et al. Measurement of the equivalent friction coefficients of ball bearings based on the variations in kinetic energy. Friction, 2025, 13(5): 9440947. https://doi.org/10.26599/FRICT.2025.9440947 (封背)

2. Wu P, He C*, Chen G, et al. Determination of the equivalent friction coefficient of rolling bearings using the kinetic energy dissipation. Measurement, 2025, 244: 116533.

3. Wu P , He C*, Chang Z, et al. Theoretical calculation models and measurement of friction torque for rolling bearings: state of the art. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 2022, 44(9): 435.

4. Zhang J, He C*, Chen G, et al. Roundness variation of tapered rollers in double-disc straight groove lapping process. Journal of Manufacturing Processes, 2024, 126: 413-428.

5. Geng K, He C*, Wang S*, et al. The rotation stability of the tapered rollers in a novel ring-type lapping process. Precision Engineering, 2024, 88: 927-942.