【摘要】： 箔片軸承是一種自作用柔性表面動(dòng)壓氣體軸承,靠流體動(dòng)力潤(rùn)滑機(jī)理工作。然而,箔片軸承在起停過(guò)程中轉(zhuǎn)速較低時(shí),轉(zhuǎn)軸與箔片內(nèi)表面間無(wú)法形成有效的動(dòng)壓潤(rùn)滑氣膜而處于接觸摩擦狀態(tài)。因此,箔片軸承使用中需要一種固體潤(rùn)滑鍍層來(lái)降低接觸摩擦,從而降低工件磨損和摩擦力。但國(guó)內(nèi)對(duì)于箔片軸承表面鍍層的研究一直相對(duì)滯后,已成為制約我國(guó)箔片軸承技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的主要障礙之一。本文研究工作正是針對(duì)這一需求展開(kāi)。 本文研究中嘗試以一種新型固體潤(rùn)滑鍍層——類金剛石薄膜(Diamond-like carbonfilm,簡(jiǎn)稱DLC薄膜)作為箔片軸承的固體潤(rùn)滑鍍層。主要研究工作和結(jié)果如下： 1)針對(duì)DLC薄膜普遍存在的與金屬基底結(jié)合強(qiáng)度較差和內(nèi)應(yīng)力高的問(wèn)題,對(duì)DLC薄膜進(jìn)行了材料設(shè)計(jì)。在材料設(shè)計(jì)中借鑒過(guò)渡層技術(shù)與摻雜技術(shù),設(shè)計(jì)了具有梯度結(jié)構(gòu)的復(fù)合DLC薄膜。 2)提出一種基于牛頓法的拉曼光譜高斯擬合算法。該方法實(shí)現(xiàn)了DLC薄膜拉曼光譜的計(jì)算機(jī)自動(dòng)擬合,擬合結(jié)果準(zhǔn)確性更高、重復(fù)性更好,為研究DLC薄膜的拉曼光譜特性提供一種方便可靠的工具。 3)采用中頻磁控濺射技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的具有梯度結(jié)構(gòu)的復(fù)合DLC薄膜進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。制備了三種DLC薄膜,分別為摻鈦類金剛石(Ti-DLC)薄膜、摻鉻類金剛石(Cr-DLC)薄膜、以及無(wú)摻雜類金剛石(C-DLC)薄膜,并采用多種儀器與方法對(duì)制備的DLC薄膜進(jìn)行了分析比較。結(jié)果表明,過(guò)渡層與金屬摻雜均有助于DLC薄膜內(nèi)應(yīng)力的降低和結(jié)合強(qiáng)度的提高。三種DLC薄膜中綜合性能最優(yōu)的Ti-DLC薄膜具有高達(dá)29N左右的結(jié)合強(qiáng)度,其厚度超過(guò)1.5μm,薄膜內(nèi)應(yīng)力低于1.0GPa,并且具有優(yōu)異的摩擦磨損性能(摩擦系數(shù)最低達(dá)到0.03,摩擦率低至10-7mm3／Nm量級(jí))。 4)為討論箔片軸承摩擦副表面鍍膜的方案,進(jìn)行了DLC薄膜摩擦副配對(duì)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)在球-盤式往復(fù)摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,以鍍膜或未鍍膜的小尺寸鈹青銅箔片與鋼球(鍍膜鋼／未鍍膜鈹青銅、未鍍膜鋼／鍍膜鈹青銅、鍍膜鋼／鍍膜鈹青銅)組成摩擦副系統(tǒng)。結(jié)果表明,當(dāng)箔片與鋼球表面均鍍覆DLC薄膜時(shí),系統(tǒng)摩擦系數(shù)最低(-0.1),摩擦副的兩對(duì)偶面磨損最小,并由此確定了在箔片與轉(zhuǎn)軸表面均鍍覆DLC薄膜的方案。 5)以鍍覆DLC薄膜的轉(zhuǎn)軸與鍍覆DLC薄膜的箔片組成摩擦副,在箔片軸承臺(tái)架實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了臺(tái)架實(shí)驗(yàn)。臺(tái)架實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較大,分析認(rèn)為這與DLC薄膜熱穩(wěn)定性有關(guān),并通過(guò)補(bǔ)充的DLC薄膜高溫摩擦磨損實(shí)驗(yàn)以印證以上分析。
【圖文】：

箔片氣體軸承(簡(jiǎn)稱箔片軸承)的雛形于1953年由Blok與vanRussom首次提出[9]，至今已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展。該軸承是一種彈性表面自作用動(dòng)壓氣體軸承，通常是由幾層金屬箔片以不同的形式或形態(tài)組合而成，箔片軸承便由此得名I’01。以圖1.1中的箔片軸承為例，從圖中可以看出它由兩層箔片組成，上層為頂層箔片，由一整張平箔片卷曲而成，故常簡(jiǎn)稱為“平箔”，位于下面的是支撐拱箔起彈性支撐作用，由于其具有波浪狀結(jié)構(gòu)常簡(jiǎn)稱為“波箔”。通常將采用波箔作為彈性支撐結(jié)構(gòu)的箔片軸承稱為波箔型箔片軸承【川，又稱為Hydresll型箔片軸承。另外，還有其他形式的箔片軸承，如懸臂型(CantileVerT即e)、張緊型等[’“，”]。aa呻入產(chǎn)R幽r盛如J烏In卜黔.，義二二尹、一附、n幼m刁哪Ina側(cè)臼川刃!翻r時(shí)圖LZ張緊型箱片軸承與懸臂型箱片軸承

軸承固體潤(rùn)滑用類金剛石薄膜的設(shè)計(jì)、制備和性能研究的發(fā)展經(jīng)歷了3代[7，9】，“第I代”:軸承的彈性支向、周向與徑向)上的結(jié)構(gòu)一致，，所以其結(jié)構(gòu)最I(lǐng)代箔片軸承�！暗趎代”:軸承的彈性支撐結(jié)構(gòu)。而“第m代”:軸承的彈性支撐結(jié)構(gòu)在軸向和，波箔型箔片軸承在承載能力上獲得了很大的提、0.7、1.0左右l7]。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH117.2;TB43

【引證文獻(xiàn)】

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2 趙雪源;新型高阻尼氣體箔片軸承及其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2017年

3 朱建軍;彈性薄片動(dòng)壓氣體軸承的理論和試驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 徐方程;基于庫(kù)倫摩擦效應(yīng)的徑向氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)特性[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

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1 霍波波;高性能波箔軸承關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

2 盧攀;透平膨脹機(jī)中鼓泡型箔片止推軸承靜特性的數(shù)值研究[D];西安建筑科技大學(xué);2016年

3 胡錦;嵌入彈簧式氣體箔片軸承理論分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2016年

4 謝永強(qiáng);空氣動(dòng)壓潤(rùn)滑無(wú)油渦輪增壓器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2015年

5 周蘭;懸臂式箔片氣體動(dòng)壓軸承的穩(wěn)定性分析[D];山東理工大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2606617