复层含油轴承润滑特性及表面硫化改性研究

发布时间：2020-10-26 18:35

　　 含油轴承因具有显著节材节能、含油自润滑特性,在工程机械、交通运输等领域应用广泛。含油轴承的多孔属性决定了其自润滑性能和承载能力的相互矛盾,工作过程中易过早失效,摩擦磨损问题突出。复层含油轴承通过合理调控层间孔隙分布,对提高含油轴承综合力学和摩擦学性能具有明显优势。为明晰复层含油轴承的润滑机理、改善含油轴承综合力学和摩擦学性能,以适应不同润滑工况的性能要求,论文以不同孔隙率分布的复层含油轴承为研究对象,开展了复层含油轴承渗流润滑机理、多因素耦合润滑分析、摩擦学特性及表面硫化改性研究。论文完成的主要研究工作和成果如下:1)基于流体动力学与渗流理论,建立复层含油轴承系统的润滑模型,揭示复层含油轴承的油膜润滑机理。结果表明:相比单层含油轴承,复层含油轴承能防止油液渗入多孔介质,润滑性能较好;流体润滑工况下,复层含油轴承的润滑性能随表层厚度或孔隙率增加而变差,随中心膜厚或转速降低而变好;考虑热效应后,轴承系统温度随着转速或载荷增加而升高,润滑性能受温升削弱影响趋于显著;摩擦试验结论与理论分析结果相一致,且热流润滑的计算结果更趋实测值。2)采用平均流量模型建立复层含油轴承的热混合润滑模型,明晰复层含油轴承的混合润滑机理及影响机制。结果表明:流体压力主要发生在收敛区间内,接触压力主要发生在最小膜厚附近,最小膜厚处的接触压力最高;混合润滑工况下,随着转速增加,微凸体接触力减小,摩擦系数降低,随着外载或表层孔隙率增加,微凸体接触力增大,摩擦系数升高;数值模拟及摩擦试验表明,混合润滑工况下复层轴承的摩擦系数低于多孔单层轴承,且复层含油轴承的表层孔隙率越低,摩擦系数越小,越有利于使润滑状态从混合润滑转变为流体润滑。3)基于试验方法研究了边界润滑工况下复层含油轴承的摩擦学性能,通过磨痕形貌的微观检测和轴承内部孔隙含油的作用机制分析,揭示了复层含油轴承的减摩耐磨机理。适当增加表层孔隙率能提高复层含油轴承的边界摩擦特性,与传统单层含油轴承相比,相对疏松表层的复层含油轴承在较高载荷工况下仍具有良好的减摩自润滑性能。通过对轴承表面渗硫改性设计,利用表面固体润滑层与储油基体起到良好液固协同润滑效应,进一步改善了复层含油轴承的边界摩擦特性和承载能力,实现了含油轴承高强度与良好润滑性能的统一。论文为不同润滑工况下复层含油轴承的孔隙调控提供理论指导,为实现不同润滑工况下含油轴承高承载和良好润滑性能的有效统一提供一定技术支撑。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH133.3;TH117
【部分图文】：

性能及孔隙作用机制，基于摩擦学性能试验优化用表面硫化改性技术与孔隙储油起到良好液固协工况下抗咬合、抗擦伤性能。论文工作为不同润布调控提供理论参考，对明晰含油轴承润滑机理设计水平具有一定理论及工程应用价值。现状体润滑研究现状润滑油膜的形成原理作时，润滑油不仅有法向的渗透，还在轴承间隙在很多研究中已被证实[36]。如 Kaneko[15]通过对透染色的油，并用紫外线照射，发现润滑油在含油压区油液从轴承间隙渗入多孔基体，在多孔基体或负压区），油液循环流动如图 1.1 所示。

油轴承混合润滑求解时，使用平均流量模型显然更为合适。界润滑工况下含油轴承材料摩擦学设计及改性研究油膜润滑或部分油膜润滑状态下，油膜压力对抵抗外载荷起到一定工况变恶劣，油膜厚度进一步降低，随之减小的动压效应不足以将摩擦副接触区，油膜失效从而不能承担外载，轴承处于边界润滑状状态下的外载荷主要由摩擦表面间的物理、化学吸附膜承担[107]。油油膜润滑状态向边界润滑状态转变的理想 Stribeck 曲线如图 1.2 所示[润滑涉及到极薄的表面层性质的变化，其润滑机理受到许多难以控，因此边界润滑状态下的理论分析十分困难。与流体润滑和混合润较为成熟的润滑理论不同，目前尚无统一的边界润滑理论，摩擦副况下的性能研究多从实验方面开展[109]。针对实体轴承材料的摩擦学，外界供油量和材料基体特性对边界吸附膜的生成与作用性能具有11]。针对多孔含油轴承，优化孔隙含油率、孔隙分布结构和改性摩擦善含油轴承边界润滑性能的重要途径。

采用ANSYS软件中的瞬态热分析方法模拟了简化模型的热应力分布问近年来，随着仿生摩擦学的发展，具有梯度孔隙结构的人工关节、蛋壳生物结构对先进轴承材料的摩擦学设计提供了有益的启示。王庆良以Na剂，基层采用致密纯UHMWPE粉（超高强度聚乙烯），在表层添加适量N模板滤取法制备了基层致密、表层多孔的人工关节材料，摩擦实验表明层孔隙率增加，摩擦系数呈现先降低后增高的特点，由于多孔表层具有自润滑能力，改善了摩擦磨损性能，当表层孔隙率过高时，摩擦表面形孔洞从而降低表层强度，加剧磨损并增大摩擦[123]。孟凡明基于圆筛藻双构优化设计了水润滑滑动轴承内表面微造型，有效提高了承载能力，并系数[124,125]。在边界润滑工况下，要求轴承摩擦面上具有一定的含油自润形成边界吸附油膜降低摩擦，而在支撑面上要求基体尽量致密高强以保有足够的强度来承载外载荷，金卓仁在表层添加PbCO3作为造孔剂，烧结bCO3受热分解生成CO2气体，气体逸出后形成孔隙，另一分解产物PbO在作为优良固体润滑剂可起到有效固体润滑作用，所制备的梯度自润滑轴单层含油轴承相比，极限PV值提高了两倍[126]。
【参考文献】

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本文编号：2857364