我国科研人员从陀螺获取灵感解决轴承摩擦特性评估难题

新华社天津6月3日电（记者张建新、栗雅婷）两个陀螺同时转动，哪个先停下来？受陀螺旋转游戏的启发，近日，我国科研人员提出了一种基于动能定理的滚动轴承当量摩擦系数测量方法，为解决轴承摩擦特性评估难题提供了新思路。

这一科研成果由天津大学机械工程学院任成祖教授课题组取得，该成果近日发表在国际期刊《摩擦》上。

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

任成祖发现，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，该科研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。

当量摩擦系数测量原理及测量装置示意图。新华社发

“就像不同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可以极其精准，这就是该研究的关键一环。”任成祖解释说。

科研团队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。

研究团队放弃了传统方法，转而从能量角度入手，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，团队使用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。

任成祖表示，这一方法大幅提升了轴承摩擦性能的测量精度，为推动相关产业进一步升级、助力我国实现关键基础零部件自主可控奠定技术基础。