重载精密轴承系统固液耦合多重润滑体系的设计及服役行为；最后，在模拟服役环境及随机突变工况下开展摩擦学试验，研究轴承表面层及润滑介质分子结构及微纳结构的摩擦物理化学老化及破坏规律，研究轴承表面与润滑剂在摩擦过程中的物质交换、分子生成及微结构演化规律，复杂运动条件下轴承表面界面材料分子及微纳结构演化规律，探索多因素耦合作用下轴承界面物质结构演化过程以及轴承润滑失效的材料学机制。
（4）在轴承材料热处理工艺与组织性能调控方面
首先，根据轴承组件的组织设计和淬透性要求，在QPT热处理新工艺研究成果基础上，借助JMatPro和ThermoCalc等软件微调现有高碳和渗碳轴承钢的成分，熔炼材料，控制O和Ti的总含量在10ppm以下。其次，分别对材料进行传统热处理、QPT热处理和渗碳、渗氮化学热处理等工艺，系统表征钢的成分分布、残余应力分布和表面硬度和耐磨性能等，光学/扫描/透射电镜分析多尺度的微观组织，XRD分析相组成和残余应力，EBSD分析织构或各向异性问题等。分析性能与成分、热处理工艺的相关性规律，着重于控制马氏体内部沉淀的碳化物相的数量、尺寸和界面状态，以及残余奥氏体的数量、形貌、成分和稳定性等，从纳米层次调控轴承钢的组织和性能。第三，用热机械模拟实验等测量热处理工艺数值模拟的边界条件，应用现有软件建立新型QPT热处理和精准渗碳、渗氮过程的数值模拟模型，计算机数值模拟轴承钢材料热处理过程中的成分分布、残余应力分布及其组织演变规律，实现轴承热处理的计算机模拟和工艺优化。最后，通过表面激光熔覆、感应加热表面淬火等技术，形成表面高强韧的马氏体组织和具有良好韧性的基体组织相结合的复相组织；采用智能脉冲控制的真空渗碳和渗氮新技术，提高材料表面的硬度和耐磨性，又能有效控制渗碳和渗氮过程中可能的氧化问题，提高轴承组件的接触疲劳寿命。
（5）在轴承滚道基体组织与表面状态可控性制造方面
本课题针对轴承滚道在轧制成形和磨削制造过程中基体组织与表面状态变化规律开展研究，通过揭示轴承滚道宏观几何精度和微观组织性能遗传、演化机制，提出轴承滚道基体组织与表面状态控制理论，为高速重载精密轴承滚道控形控性制造提供科学依据和技术方法。具体技术路线为：首先，通过材料学理论、力学理论分析和轴承疲劳实验测试，建立轴承滚道基体材料组织状态模型和分类方法，揭示轴承滚道基体材料组织状态、服役载荷与疲劳寿命的相互作用规律，建立高性能轴承材料组织状态优化设计理论与方法。通过轧制塑性变形热力耦合建模和数值模拟，揭示滚道轧制过程中基体晶粒、晶界、碳化物与流线变化规律和表面状态变化规律，阐明基体材料组织和表面状态遗传演化机理。通过轴承滚道轧制成形数值模拟和实验测试，揭示轧制过程条件、宏观精度、微观组织相互作用规律，提出轴承滚道几何精度和组织性能控制成形工艺规划与优化方法。然后，通过轴承滚道磨削过程数值模拟和实验测试，揭示磨粒与工件微观作用机理、变质层和残余应力的形成机理、表面强化层的形成机理，阐明磨削过程工艺条件、滚道表面状态和表面强化层相互作用和变化规律，建立轴承滚道强化、表面状态控制磨削理论和技术方法。
在磨削基础理论、弹塑性力学、传热学、热力学、摩擦学、材料学等多学科综合交叉的基础上，注重理论分析、试验研究与数值模拟相结合的研究路线，开展轴承滚道磨削的理论和应用基础研究。基于力学、传热学基本方程结合适当的
数学方法，建立磨削工艺参数和冷却条件与滚道表面物理机械特性的数学关系模型；开发及利用专业软件，实现磨削过程中轴承滚道表面物理特征的数值模拟；通过构建磨削实验平台和测试平台，利用相关的测试技术对数值结果进行验证并修正理论模型，建立轴承滚道表面完整性的可控磨削和强化理论体系。
（6）在轴承服役性能控制方面
首先利用有限元方法和接触力学的相关理论,研究在装配力作用下滚动轴承各组件宏微观几何特征在多结合面间的传递及累积规律,建立对轴承装配体精度的基本分析方法;基于此方法,研究载荷引起的变形在多结合面间的传递及累积规律，在轴承动力学计算模型中计入轴承组件变形、润滑性质的变化，以分析零部件几何特征(如波纹度、粗糙度、位臵偏差等)对旋转精度的影响规律；进而参考轴承磨损方面的相关研究结果，将轴承表面微观形貌随时间的变化规律计入旋转精度的计算模型，研究服役条件下轴承旋转精度随时间的演变规律。在对旋转精度研究的基础上，利用实验与分析相结合的方式，研究轴承内部生热及热量的累积与传递规律，在此基础上，进一步研究轴承零部件选择与组装的配套原理（过盈量或间隙量、公差等）、安装工艺参数（与轴或轴承套的过盈量、游隙、安装顺序等）、服役条件等对轴承发热、振动、噪声的影响，揭示轴承热-力-服役性能之间的耦合及服役性能的创成机理。在上述理论研究的基础上，利用智能学习方法，建立轴承几何特征、装配参数、服役条件及预紧力等与服役性能之间的非线性映射模型。利用此模型进行反演计算方法研究，获得对轴承组件的精度设计；同时利用现代优化算法及精心设计的预紧力调整机构，实现对预紧力的实时在线调控，以保证轴承的服役性能满足服役环境的要求。最后建立集成上述研究成果的高速精密轴承和大型重载滚动轴承技术原型，在实验室及实际装备上验证其性能。
综上所述，本项目以理论和实验相结合为基础，以宏观与微观研究思想规划研究方案。面对高速重载精密高性能滚动轴承核心技术的难点和挑战，发展新的理论。研究多场耦合作用下润滑动态接触问题的机理，阐明制造过程轴承组件几何精度和基体组织遗传演化规律,揭示服役工况下轴承服役性能创成机理，期望在关键基础理论和关键技术研究方面实现重大的突破,在核心技术上获得足够的提升，为我国高端轴承自主设计与制造提供理论支持和技术保障，从而突破我国重大装备关键轴承系统依赖于进口的瓶颈问题。
（7）高性能滚动轴承技术原型开发
针对高档数控机床、高速铁路所需的高性能滚动轴承，联合秦川机床厂、沈机集团昆明机床股份有限公司、大连机床厂、长春客车厂、青岛四方机车车辆股份有限公司等高性能滚动轴承最终使用用户，基于已有的检测设备和项目拟开发的检测、数据采集系统，对高性能滚动轴承服役工况进行检测、分析，并建立模型；基于本项目理论、试验的研究成果，进行面向轴承服役性能的滚动轴承宏微观几何量和润滑介质设计；充分利用瓦房店轴承集团有限责任公司现有高档轴承制造装备，并且针对本项目提出的加工工艺，与瓦轴集团装备研究所、洛阳轴承研究所等轴承装备生产商合作进行设备试制或改造，实现轴承组件的控形控性制造；根据本项目提出的装调工艺进行轴承的装配与调试，形成轴承技术原型；最终，在瓦轴研制的综合性能测试平台上完成符合高档数控机床、高速铁路实际工况的性能加速测试。
3) 可行性分析与组织方式
参加学校西安交通大学、上海交通大学、中国科学院兰州化学物理研究所、北京理工大学、武汉理工大学和青岛理工大学，长期从事润滑理论、摩擦学、轴承技术、测试技术及摩擦学设计、材料热处理、轧制技术和磨削技术等机械制造的基础研究与实践工作，在轴承技术、摩擦润滑基础理论及其关键技术研究方面积累了丰富的成果；此外，西安交通大学与瓦轴集团计划合作建立研究院，对本项目进行提供了有力的工业设计及实践方面的支持。合作单位瓦房店轴承集团始建于1938年，新中国第一套工业轴承就在这里诞生，是我国目前规模最大的轴承制造企业。2009年产值已达60亿元,是从事各种高速重载轴承生产的国家企业,建设有先进轴承技术室,其定位是集成国内外轴承研究力量,形成高速重载精密轴承创新基地与技术集成平台,提升中国轴承工业水平及尖端轴承技术水平研发水平，资助部分基地实验、轴承研发试制及技术的工业化开发。
研究队伍汇集了国内外在精密轴承理论与技术，润滑与摩擦学，微接触力学，轴承系统动力学，轧制、磨削制造技术，先进数值与实验测试技术等方面知名教授，中青年专家和研究团队，他们在轴承与润滑、摩擦学设计、大型旋转机械、超精密球面轴承及先进制造等领域取得了多项重大的理论与技术成果，为本项目的科学问题和关键技术的研究打下了良好的基础。
（1）在轴承界面系统接触和摩擦研究方面
西安交通大学机械工程领域几位院士的团队多年来从事与本项目相关的关键领域-轴承、摩擦学、精密加工与状态检测等研究工作。谢友柏院士及朱均教授等领导发展的西安交通大学润滑理论及轴承研究所在轴承领域作了长期、大量和深入的研究工作，是我国高等学校中最大的轴承研发基地和机械学科博士、硕士培养基地。近年来，承担国家自然科学基金项目、国家自然科学基金重大项目、国家重大攻关项目、攀登计划、973项目、863项目以及省部委及工业项目等20余项与轴承设计理论、动力学、摩擦学等相关的研究课题。自主研发了我国第一台可直接测量轴承机械变形与热变形的全尺寸及大型轴承试验台，积累了诸多理论、试验与测试等经验。这为本项目研究工作的开展提供了坚实的工作基础。
近年来，在超精密轴承领域的研究方面，西安交通大学的项目申请团队在已有多年积累的宝贵经验基础上，基于多学科交叉方式在机械工程相关领域的研究方面，创造性地提出用于复杂界面问题一套关键基础理论体系，并随后被用于机械与生物工程系统与界面力学研究当中，特别是建立完善了现代球基等工业与生物界面问题现代理论体系。主要成果均发表在国际知名刊物上。近年来还开发了几部大型复杂界面耦合系统中摩擦、磨损与润滑问题的分析软件。这为本项目涉及的科学问题、具体研究课题以及关键技术的研究提供了重要的学术平台。图2(左) 为西安交通大学自行研制的滚动轴承实验台；图2(b右) 为西安交大高速航空发动机轴承试验机。
图2 滚动轴承实验台:(左)自制实验台 (右)高速航空发动机轴承实验台
（2）在润滑及失效机理研究方面
北京理工大学建有车辆传动国防科技重点实验室、先进制造技术国防重点学科实验室、国防科技工业微细结构加工技术研究应用中心、振动与噪声控制实验室、计算机应用与仿真实验室等与该项目相关的实验室。在装备动力学、结构力学、摩擦学等相关领域的基础研究具有显著的优势与特色，并拥有良好的实验与设备条件，为课题的实施提供了保障。
课题组多年来一直从事润滑的机理研究和润滑性能的数值模拟与实验研究，已取得了一些具有创新意义的成果，所发展的热混合润滑模型具有模拟不同润滑状态和接触程度的能力，如图3所示，受到同行高度关注和评价，为目前世界上最成功的润滑接触分析模型之一。课题组在混合润滑方面某些已完成的研究(包括已建立的点接触等温混合润滑模型和混合润滑的热分析等)可以作为本研究的已有基础。此外，课题组已进行了一些与粗糙度效应相关的润滑模拟研究，部分工程表面的初步摩擦学实验研究，以及初步发展的摩擦力统一计算模型，这些成果均是与本项目密切相关的前期研究积累。课题组在润滑、摩擦机理、传动系统研究方面有比较深厚的积累和经验，在数值分析和理论建模方面有较高的学术水准，与国际学术界有较广泛的学术联系和交流，有一支能够熟练掌握和运用计算机模拟技术，以及实验技术的研究队伍。这些成果和条件确保课题的顺利实施。
图3 表面润滑模拟：膜厚等高线图(上)，膜厚和压力轮廓(下)
青岛理工大学摩擦学研究所在固-液耦合场的润滑研究方面有非常好的研究基础。理论方面，青岛理工大学摩擦学研究所在弹流基础理论方面进行了大量系统的工作，建立的热弹流表面温度粘度楔理论在国际上享有较高声誉。已形成的多重网格算法性能十分优越。近两年针对热条件下的乏油及动态非牛顿混合润滑薄膜最佳供油量的问题进行了深入的研究，这些研究工作为本课题中的理论分析和数值模拟奠定坚实的工作基础。实验方面，建立了多光束干涉测量技术，成功研制了超薄润滑油膜测量仪，旋滑/旋滚薄膜润滑测量仪及面接触润滑油膜测量系统，在油膜厚度测量系统的设计、加工和调试方面积累了大量经验，这为本项目实验系统的建立和相关实验研究奠定了基础。图4 为青岛理工大学光弹流测试系统和轴承油膜动态测量系统。另外，项目组在固液界面的研究方面近年也完成了许多工作，特别是亲/疏油（水）表面的制备和对润滑油膜的影响的实验测量已有成果输出，这些工作为本课题相关的研究提供了前期数据。项目组目前拥有与本项目有关的大量基本实验设备，项目组多名成员具有海外学术研究活动、学习和国际合作交流工作的经历。从事专业包括机械设计与理论，机械电子，物理化学及材料学，十分有利于本项目的多学科交叉研究。
图4 光弹流测试系统（左） 轴承油膜动态测量仪（右）
（3）在润滑介质失效与新润滑材料研究方面
中科院兰州化学物理研究所薛群基院士领导的研究团队，立足于固体润滑国家重点实验室这一高水平研究平台，长期致力于先进润滑材料的基础研究与高技术应用开发工作，当前已成为国内该领域最有实力的研究团队之一。在本项目涉及的装备关键摩擦副润滑失效及表面功能防护研究方面，近年来以揭示特殊工况以及苛刻环境下材料的润滑失效机制和延寿理论为导向，从摩擦副表面高性能润滑剂分子设计、表面多功能强化与固体润滑薄膜构筑以及精密机械系统固-液复合润滑体系的设计多方面入手，系统深入地研究关键装备摩擦副的摩擦磨损失效关键基础理论和高效延寿技术，承担了国家自然科学重点基金、863 等多项国家重要项目的研究工作。上述的研究工作积累为本项目有关轴承润滑介质失效机制及先进轴承润滑材料设计课题研究目标的完成奠定了良好的前期基础。多年研究证明摩擦副表面微/纳结构自适应固体润滑薄膜以及其固－液复合多重设计理论与技术在轴承中应用是可行的，为开展高速高载轴承系统表面润滑失效及先进润滑防护设计研究提供了良好的基础。
中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室拥有有关润滑剂制备、表面微纳米加工、表面沉积成膜等所需的制备、表征及性能研究的先进设备，有老、中、青合理搭配，具有丰富理论功底和研究经验的研究团队，相关研究人员已在摩擦面精加工、先进表面自润滑层构筑、高性能润滑剂设计制备方面 积累的丰富的理论基础与研究经验，近年来每年平均在相关领域发表研究论文一百多篇、申报国内外发明专利二十多件，培养相关专业的博士硕士30 余名。这