互穿复合材料起重机伸缩臂滑块的研究

发布时间：2017-05-14 05:13

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【摘要】：研制耐磨且力学性能优异的新型起重机伸缩臂滑块材料是研究的热点之一，兼具金属与聚合物优良性能的互穿复合材料引起人们的广泛关注。本论文介绍了目前国内外导向滑块材料的发展现状以及互穿复合材料的研究进展，初步探讨了泡沫金属/聚合物互穿复合材料滑块的理论基础，对新型起重机伸缩臂滑块材料的研制与应用进行了较为详细的研究。 采用注塑成型方法，以泡沫铝为基体、聚甲醛（POM）为填充相制备了泡沫铝/POM互穿复合材料；采用正交实验方法，以弯曲强度、无缺口冲击强度为指标，优化了注塑成型工艺参数；采用不同体积分数硅烷偶联剂（KH550）溶液对泡沫铝进行预处理，得到了最佳泡沫铝预处理工艺；添加10%聚四氟乙烯（PTFE）以进一步改善了泡沫铝/POM互穿复合材料的力学性能与摩擦学性能；使用光电子能谱（EDS）和电子扫描显微镜（SEM）观察泡沫金属-聚合物互穿复合材料磨损表面，以研究其摩擦磨损机理；分别对泡沫铝/POM互穿复合材料滑块与尼龙滑块进行静力分析、微观力学分析与ANSYS有限元分析，，探讨了两种不同材料滑块在起重机二节臂全伸、额定吊重工况下的应力与应变。主要结论如下： 泡沫铝/POM互穿复合材料力学性能优异，其中弯曲强度与POM相当且是纯泡沫铝的6.3倍；其摩擦学性能介于纯泡沫铝与POM之间，摩擦系数随着载荷增加呈下降趋势且随着转速增加变化范围较小，磨损量随着载荷与转速增加而增加；PTFE的加入能提高泡沫铝/POM互穿复合材料的力学性能与摩擦学性能，其中冲击强度提高36.1%，摩擦系数降低12.7%，磨损量减少33.3%；复合材料磨损表面EDS分析与SEM分析表明在摩擦过程中，POM在泡沫金属表面发生转移并形成一层转移膜，因而有效地降低磨损。泡沫铝/POM/PTFE互穿复合材料的力学性能与摩擦学性能可以达到尼龙滑块材料的性能要求，其中摩擦系数降低49.1%。在QY16起重机二节臂全伸、额定吊重的工况下，泡沫铝/POM互穿复合材料滑块最大应变值比尼龙滑块低27.5%，可相应降低滑块与伸缩臂的接触间隙，因此能提高滑块使用寿命。综上所述，泡沫铝/POM互穿复合材料滑块具有替代尼龙滑块的潜力。
【关键词】：起重机伸缩臂滑块 互穿复合材料 力学性能 摩擦学性能 力学分析
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH21;TB333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 滑块的发展现状12-14
• 1.1.1 金属滑块12
• 1.1.2 塑料滑块12-13
• 1.1.3 组合式自润滑滑块13-14
• 1.2 互穿复合材料的研究进展14-18
• 1.2.1 互穿复合材料的制备方法14-15
• 1.2.2 互穿复合材料的性能研究15-17
• 1.2.3 互穿复合材料的应用前景17-18
• 1.3 互穿复合材料起重机伸缩臂滑块的理论基础18-21
• 1.3.1 互穿复合材料增强增韧理论18-19
• 1.3.2 互穿复合材料摩擦磨损理论19-21
• 1.4 本论文的主要内容21-22
• 1.5 本论文的研究目的及意义22-23
• 第二章 互穿复合材料的制备与工艺优化23-34
• 2.1 互穿复合材料组分的确定23-24
• 2.1.1 贯穿结构的选择23
• 2.1.2 增强相的选择23-24
• 2.2 加工工艺方法的选择24
• 2.3 实验部分24-27
• 2.3.1 实验原料24-25
• 2.3.2 实验设备25
• 2.3.3 试样制备25-26
• 2.3.4 性能测试26-27
• 2.4 正交实验设计27-29
• 2.4.1 正交试验因素的确定27-28
• 2.4.2 正交实验方案的确定28-29
• 2.5 正交实验分析29-33
• 2.5.1 极差分析29-31
• 2.5.2 方差分析31-33
• 2.6 小结33-34
• 第三章 互穿复合材料的性能研究34-42
• 3.1 实验部分34-35
• 3.1.1 试样制备34-35
• 3.1.2 测试与表征35
• 3.2 互穿复合材料的界面研究35-38
• 3.3 互穿复合材料的力学性能分析38
• 3.4 互穿复合材料的摩擦学性能分析38-40
• 3.5 互穿复合材料与尼龙滑块材料的性能比较40-41
• 3.6 小结41-42
• 第四章 改性互穿复合材料的性能研究42-49
• 4.1 复合材料改性技术42-43
• 4.2 实验部分43-45
• 4.2.1 原材料43
• 4.2.2 实验设备43-44
• 4.2.3 试样制备44-45
• 4.2.4 测试与表征45
• 4.3 结果与讨论45-48
• 4.3.1 改性互穿复合材料的力学性能45
• 4.3.2 改性互穿复合材料的摩擦学性能45-46
• 4.3.3 磨损表面 EDS 分析46-47
• 4.3.4 磨损表面 SEM 分析47-48
• 4.3.5 改性互穿复合材料与尼龙滑块材料的性能比较48
• 4.4 小结48-49
• 第五章 互穿复合材料伸缩臂滑块的力学分析49-60
• 5.1 起重机伸缩臂滑块的静力分析49-52
• 5.1.1 变幅平面吊臂所受的载荷49-50
• 5.1.2 旋转平面吊臂所受的的载荷50-51
• 5.1.3 实例分析51-52
• 5.2 互穿复合材料的细观力学分析52-55
• 5.2.1 互穿复合材料的细观力学胞元模型53-54
• 5.2.2 互穿复合材料的有效弹性模量预测54-55
• 5.3 起重机伸缩臂滑块的有限元分析55-59
• 5.3.1 两种不同材料滑块的参数56
• 5.3.2 滑块模型网格划分及加载56-57
• 5.3.3 两种不同材料滑块的应力分析57-58
• 5.3.4 两种不同材料滑块的应变分析58-59
• 5.4 小结59-60
• 结论与展望60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-69
• 附录（攻读学位期间发表论文目录）69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：364361