磁流体轴承的静支撑力及润滑特性研究

发布时间：2020-06-17 08:07

【摘要】：磁流体是由纳米尺度的磁性颗粒均匀地分散在基载液中所形成的较为稳定的胶状液体。作为一种与传统液体润滑剂有着明显区别的新型功能材料,磁流体在外磁场作用下会聚集、磁化,相当于磁场对其做功,而能量则以静磁力的形式存储于磁流体当中。从润滑的实际需求出发,液体内部的静磁力恰好可以为对摩副提供支撑力,能够较好的实现润滑减摩的效果。又由于其具有良好的密封性能,因而磁流体被广泛的应用于密封及润滑领域。结合磁流体优异的密封特性、良好的静支撑力以及润滑特性,本研究提出了一种基于磁流体密封的液/气混合支撑与润滑轴承结构,通过设计合适的永磁体,使磁流体在对摩副表面形成封闭的液体结构。在磁场作用下的磁流体,除自身磁化、内聚产生液体支撑力外,被磁流体密封于其液体结构内的气体将进一步提升支撑能力。磁流体密封的液/气支撑结构将传统的二元固/液润滑界面转变为固/液/气三元界面,所形成的混合支撑力与对摩副间的滑动速度无关,即使磁流体密封空气腔轴承在静止或者低速状态下,也能对另一表面实施承载并实现低摩擦。研究通过实验对上述设想进行验证,获得了影响支撑和润滑效果的关键因素,为实现基于磁流体密封的液/气混合支撑与润滑设计打下了基础。本研究对于解决精密滑动机构中常出现的“冷焊”及低速状态下存在的“爬行”现象具有应用价值。研究主要获得如下结论:(1)在外磁场作用下,除了磁流体本身具有支撑能力外,磁流体密封所产生的空气腔也能承受一定的载荷,这种磁流体密封的液/气混合作用轴承的支撑力是相同条件下磁流体静磁力的两倍以上。(2)理论分析表明磁流体的密封能力决定了磁流体密封空气腔轴承的支撑能力,这也通过实验得到了验证。静支撑力实验表明磁流体密封空气腔轴承的支撑能力随磁流体的量、磁流体密封的空气腔体积的变化而变化。磁环表面磁场的增强改变了磁流体粘度的同时,也使得磁流体的密封能力和支撑能力得到了有效地提高。(3)磁流体密封空气腔轴承摩擦学实验从侧面验证了静支撑力的实验结果。密封空气腔的参与使得接触面间的润滑状态从传统的液体润滑变为液、气混合润滑,很好地改善了磁流体的润滑效果。而永磁体的表面磁场强度越高,磁流体对腔内空气密封的能力也就越强,这提高轴承支撑力的同时,也起到了很好的润滑减阻效果。(4)多环阵列排布相比于单个磁环无论在静支撑力还是润滑方面都有明显的优越性。磁环NS级交错相邻排布不但可以提升磁流体密封性能,还获得了更多的空气腔。多环阵列所形成的密封坝间有着相互协同的作用,很大程度上拓宽了磁流体在密封、支撑与润滑等领域的应用。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.3
【图文】：

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磁流体主要由纳米尺度的磁性颗粒成[6]，如图 1.1 所示。随着磁流体制备工艺及多。磁性微粒通常可以是 Fe3O4粉、纯铁粉3O4颗粒是目前最为常用以及最早使用的磁性性交换过程中的磁矩以及金属导热性能远高得到了广泛的重视与发展[7]。磁流体的基载同用途针对性的对磁流体的基载液进行选择质，可选用二脂类基载液。当作用在二脂类，从而产生显著的磁流变弹性体磁致效应。始磁导率较高且价格低廉的水基液[8]。表面为它能够牢牢地包覆在磁性颗粒表面，继而性外壳的厚度约为 2~3nm。表面活性剂层的成的外壳可以在纳米磁性颗粒相互碰撞的过颗粒间的范德瓦耳斯力以及磁性力，继而能

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图 1.2 外磁场作用下磁流体形貌高响应特性，使得磁流体在密封方面能够实的扭矩传递。区别于传统的液体润滑剂，磁场对其做功，而能量则以静磁力的形式存储的静磁力能够对运动副进行承载，而通过改气受压缩后也能产生很好的承载效果[13,14]，粒径大多在纳米尺度，诸多实验表明它非但此粒度的颗粒可以在运动副相互摩擦的过程润滑效果[16]。基于润滑方面的显著效果，磁免润滑剂流失，提高其使用寿命[17,18]；用于噪声，满足了硬盘和光驱的需求[19, 20]。械经常在高速、高温以及高载荷等条件下工作更为严格，这就对机械零部件间的润滑方式性，并且考虑到①磁流体的静磁支撑和②密提出了一种基于磁流体密封的液/气混合支撑

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