基于激光复合织构技术的关节轴承减摩增寿技术研究

发布时间：2020-10-21 16:28

　　 作为现代机械装备中重要的零部件,关节轴承正被广泛地应用在航空设备、轨道交通、工程机械、汽车制造业等机械领域。作为一种球面滑动轴承,其特点包括:机械结构简单、抗冲击、耐磨损、承载能力强、自调心等。伴随着现代工业的迅速发展,关节轴承的需求量不断增加,对关节轴承的工作性能以及使用寿命提出了越来越高的要求。作为机械设备的重要关节,关节轴承工作球面的摩擦润滑性能直接关系着整个设备能否正常工作。在重载、高速、高温等苛刻工况下,传统的润滑减摩技术已经不能满足关节轴承正常工作的要求。本文从改善关节轴承表面的摩擦学特性出发,将激光微织构技术、固/液/脂润滑技术以及自润滑技术相复合,系统地探究不同润滑介质中关节轴承的摩擦润滑及磨损特性。本文首先选取激光加工方式在轴承钢GCr15材料表面进行表面微织构造型工艺试验,重点考察激光单脉冲能量、激光脉冲重复次数、激光器频率等参数对轴承钢表面凹坑形状、尺寸(深度、直径等)的作用机理,并总结出微造型加工参数与微织构凹坑形貌的对应关系,再优选较佳的微造型加工参数为后期的摩擦试验做准备。其次,开展固体润滑条件下聚四氟乙烯(PTFE)自润滑衬垫与微织构试样表面的摩擦性能试验,研究不同表面处理、不同固体润滑剂、不同微织构密度以及不同微织构深度对试样表面摩擦特性的影响,在此基础上还对不同工况(载荷、往复运动频率)条件下试样表面摩擦性能进行探索分析。最后,以润滑脂作为润滑介质,对比不同表面处理状况下自润滑衬垫与微织构表面的摩擦特性,接着分别在油/脂润滑介质中,研究不同微织构密度参数下试样表面的摩擦润滑性能,并通过改变试验工况来研究试样表面摩擦特性的变化规律。得到以下结论:激光工艺试验结果表明:使用Nd:YAG激光器,在单脉冲模式下,轴承钢表面微织构圆形凹坑的直径参数主要受激光单脉冲能量影响,单脉冲能量越大凹坑的直径越大;脉冲重复次数对微织构深度的影响显著,重复次数越多织构深度越深;随着激光频率的增加,微织构形貌参数均呈现先增大后减小的趋势。固体润滑试验结果显示:相比于单一的润滑技术,聚四氟乙烯(PTFE)自润滑技术、微织构技术和固体润滑技术的组合可以有效提高轴承钢试样表面的润滑性能;纳米级固体润滑剂的润滑效果好于微米级润滑剂;微织构密度变大,试样表面的摩擦系数出现先下降后上升的趋势,在20%织构密度时润滑效果最好;织构深度增加,摩擦系数先下降后增大,深度在9μm时摩擦性能最好;随着往复运动频率的加大,试样表面摩擦系数出现先下降后增大的趋势;随着载荷的提高,试样表面摩擦系数逐渐下降。润滑油/润滑脂摩擦试验表明:聚四氟乙烯自润滑技术的引入,可以有效降低试样表面的摩擦系数。在油/脂润滑条件下,试样的摩擦系数均随织构密度的变大呈现先减小后增大,中等织构密度有利于润滑效果的发挥;且在油/脂润滑介质中,摩擦系数都随载荷加大出现下降趋势;通过增加往复运动频率,油润滑试样表面的摩擦系数增大,脂润滑试样表面的摩擦系数先增大后逐渐减小;对比不同表面处理的试样发现,润滑脂介质中聚四氟乙烯自润滑技术结合微织构技术可以最大幅度改善摩擦副的摩擦性能。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：

（e）V 型槽[51]（f）圆环形槽[52]图 1.1 不同表面微织构形貌（a）Circular texture; （b）Triangular texture; （c）Square texture; （d）Long groove; （e）V-groov（f）Circular grooveFig.1.1 Different topographies of micro-textured surface表面织构通过改变对摩副表面的形貌，达到改善对摩副之间的摩擦以及抗磨性能，鉴于表面织构技术的有效性，研究学者将表面织构技术成功运用到机械零部件上，提高

润滑油膜的厚度；DLC 涂层的轴承钢试样在摩擦过程中效果；当微织构深度大于 30μm 后，DLC 涂层的摩擦系润滑技术研究现状节轴承的摩擦学性能，众多研究人员将研究重点放在了，并通过理论和试验研究来考察关节轴承的摩擦系数、节轴承来说，合适的基体材料有助于关节轴承物理力学性式可以保证关节轴承在长时间内保持稳定的工作状态，]。但在关节轴承中，对不同润滑方式下激光微织构技术表面微造型技术运用到关节轴承的内圈外球面上，加工，如图 1.2。重点考察激光脉冲重复次数、重叠度等参结果表明：对比连续加工方式，单脉冲加工方式可以获光斑的重叠程度可以在关节轴承内圈外球面上获得不同

激光微织构技术成功运用于各类机械零部件上，为微造型形貌，本文采用 Nd:YAG 激光器的单脉冲同构加工，继而研究不同加工参数对微织构凹坑尺寸加工工艺参数。设备使用如下图 2.1 所示的声光调 Q 二极管泵浦光设备为课题组自主研发，激光器输出的波长有模块组成，能够适应不同类型金属零部件的加工统的详细性能参数如下表 2.1 所示。
【参考文献】

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本文编号：2850351