油脂润滑对钢材料微动磨损的影响及其作用机理研究

发布时间：2020-11-08 23:58

　　 微动损伤被喻为现代工业机械部件的癌症,在许多工业重要部门已成为一些配合零部件失效的主要因素之一。微动损伤机制之一的微动磨损致使机械部件精度失效、构件咬合、松动、功率损失、噪声增加或形成污染源。工业实践中,振动源通常无法避免而使得微动磨损总是存在,因此研究减缓微动磨损的各种措施意义重大,油、脂润滑作为减缓微动磨损的重要措施已引起研究者的高度重视。 本文采用高精度的PLINT微动试验机,对不同种类、性能的润滑油和脲基润滑脂润滑下的GCrl 5轴承钢球／GCrl5轴承钢块和GCrl5轴承钢球／45号钢块摩擦副的微动特性进行研究。试验条件为位移幅值／D=5μm～80μm、频率户1-5 Hz、循环次数N=1-3×104、法向负荷Fn=50～100 N、试验室的温度和湿度分别为15℃-20℃和40%±10%。借助光学显微镜(OM)、激光共聚焦扫描显微镜(LCSM)、扫描电子显微镜(SEM)、AMBIOS XP-2台阶仪、MVK-H21显微硬度仪和能谱仪(EDX)对磨痕进行分析,磨损表面用浓度4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀以观察磨痕表面层变化；分析了四种合成油和自制脲基润滑脂润滑对钢材料微动磨损影响的作用机理；找出了影响油、脂润滑减缓微动磨损效果的主要因素。取得的主要结果和结论如下： 1.油润滑下钢材料的微动磨损与微动位移幅值密切相关。在低位移幅值的部分滑移区,油排出接触区后在接触边缘形成油罩,阻止了大量空气进入摩擦表面而增大了金属间的粘着效应,导致稳态摩擦系数比干摩擦下更高,且增大了部分滑移区,使干摩擦下的运行工况微动图分区右移；因微滑区很小,油排出接触界面后难以再次渗入到摩擦表面,不同种类、性能的油润滑对磨损几乎没有影响；在中等位移幅值的混合区,油罩同样使得稳态摩擦系数比干摩擦下大。油渗入到磨痕的裂纹中,在高切应用力作用下油被挤压而加速了材料的剥落,产生比干摩擦下更深的磨坑；在大位移幅值的完全滑移区,油渗入到摩擦界面形成了混合润滑状态,且降低了氧化腐蚀,因此显著地降低了摩擦系数和表面磨损。 2.四种合成油在中等位移幅值的“挖坑效应”以及在更高位移幅值下减缓摩擦和磨损的效果与合成油的理化性能密切相关。在中等位移幅值的混合区,最低表面张力的硅油Silicone 68在微裂纹中的渗透性最强,极性的聚醚PAG68和合成酯PETO在微裂纹中的金属表面附着性更大,在反复切应力作用下产生比聚a-烯烃PAO 10和矿油350 SN润滑下更深的磨坑。在完全滑移区,Silicone 68最低的表面张力和压粘系数、以及最大的可压缩性,形成的油膜最薄而金属直接接触面积最大,降低摩擦和减缓磨损的效果最差；极性的PAG68和PETO在摩擦表面形成边界吸附膜,摩擦系数比PAO 10和350SN润滑下的值低；PAO 10润滑初期形成的高硬度白层致使其润滑下的磨损最小,其磨痕深度和体积不及Silicone 68润滑下的1／2。 3.微动下磨损面积与磨损体积的相关性不显著。在微动混合区,油润滑时的磨痕面积比干摩擦下小,但磨痕深度却比干摩擦下大；在微动完全滑移区,PAO 10润滑时的磨痕面积比其它油润滑时大,但其磨损体积却最小。 4.在大位移幅值的微动完全滑移区,脲基润滑脂润滑下摩擦系数随微动。循环周次的变化与润滑膜的存在、破裂和再形成密切相关。在微动初期,因微动的自清洗作用使润滑脂被排出接触区,脂膜破裂,摩擦系数增大到最大值。此时高的切应力导致磨坑和磨痕表面白层的形成；接触区周围的脂罩因微动而剪切分油,分出的基础油渗入到磨坑形成了混合润滑状态,摩擦系数向下振荡到低的稳态值,其值约为干摩擦下的1／6；脲基润滑脂润滑下的磨损量仅约为干摩擦下的1／24,且磨损主要发生在微动初期阶段。分油量越大,减缓磨损效果越显著。另外,氧化腐蚀的降低,以及微动初期在磨痕表面形成的高硬度白层,因低的稳态切应力基本上未剥落,它们也有助于减缓磨损。气泡对磨损几乎没有影响。 5.工业上,如果微动处于大位移幅值工况条件,采用油、脂润滑减缓钢材料微动磨损是很好的措施。对于减缓效果,油的理化性能和脂的分油是首先要考虑的因素。另外,油、脂在滑动下的摩擦特性与微动下不具有相关性。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH117
【部分图文】：

.4.1基础研究实际工况的微动现象十分复杂，根据简化的球/平面接触模型，将微动分为图1一4所示的切向微动、径向微动、滚动微动和扭动微动四种基本微动模式l22]，油、脂润滑下的微动磨损研究大都采用切向微动模式。色。画黔色扩。色舒切向微动径向微动滚动微动扭动微动图1一4四种基本微动运行模式(l)不同微动区域下油、脂润滑对微动磨损的影响在极低位移幅值下，两接触体整体上不发生相对滑移，仅在接触边缘产生微滑。位移的变化通过接触表面的弹性变形来调节，切向力随位移幅值变化曲线(F一D曲线)呈线型封闭状，微动位于部分滑移区l，’，22.52]。Shima等l53]在切向微动试验机上，测试了5种40℃粘度为 1mmZ/s一 10000mmz/s之间的基础油在球/面摩擦副下的微动磨损性能，球和面材质都为SUJZ轴承钢

最严重问题之一。一些研究表明脂润滑是减缓易受振动的轴承(特别是旋翼轴承)微动磨损的有效措施，美国飞机公司建立了标准的Sikors材飞机摩擦氧化评定装置(图1一5)和评定程序，并对润滑脂抗微动磨损性能进行评定l65]。{!(、曲轴臂组件/{丫Z沪/拼’“‘轴图1一5飞机摩擦氧化评定装置该评定装置由液压加载系统、转动部件和测试轴承部件构成，径向载荷通过加载轴承施加到两个被测试的滚锥轴承上，变速马达带动曲柄杠杆臂旋转，曲柄杠杆臂与被测试轴紧固相连，固定在曲柄杠杆臂上的测力环测定测试轴的转动力。测试前将5.0士19脂加在两个被测试的滚锥轴承的内环和滚锥及其保持架上，试验条件为液压负荷 6668N(1500磅)，频率每分钟410循环周次，转动角6度

1一夹具;4一马达;一夹具座;3一基座;一边杆;6一偏心轮(I)外观图a一夹具头;b一固定螺钉;c一夹具轴;d一推力球轴承;e一摆动轴承座;;f-夹具底座(n)夹具装配分解图图1一6Fafi五r摩擦氧化试验机评定装置采用该评定方法一些学者研究了不同组成和性能的润滑脂抗微动磨
【引证文献】

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1 崔影;;钢丝绳磷化涂层技术[J];港口装卸;2014年01期

本文编号：2875555