【摘要】： 箔片軸承是一種自作用柔性表面動壓氣體軸承,靠流體動力潤滑機理工作。然而,箔片軸承在起停過程中轉速較低時,轉軸與箔片內表面間無法形成有效的動壓潤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滑鍍層來降低接觸摩擦,從而降低工件磨損和摩擦力。但國內對于箔片軸承表面鍍層的研究一直相對滯后,已成為制約我國箔片軸承技術發(fā)展與應用的主要障礙之一。本文研究工作正是針對這一需求展開。 本文研究中嘗試以一種新型固體潤滑鍍層——類金剛石薄膜(Diamond-like carbonfilm,簡稱DLC薄膜)作為箔片軸承的固體潤滑鍍層。主要研究工作和結果如下： 1)針對DLC薄膜普遍存在的與金屬基底結合強度較差和內應力高的問題,對DLC薄膜進行了材料設計。在材料設計中借鑒過渡層技術與摻雜技術,設計了具有梯度結構的復合DLC薄膜。 2)提出一種基于牛頓法的拉曼光譜高斯擬合算法。該方法實現(xiàn)了DLC薄膜拉曼光譜的計算機自動擬合,擬合結果準確性更高、重復性更好,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對設計的具有梯度結構的復合DLC薄膜進行實現(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、以及無摻雜類金剛石(C-DLC)薄膜,并采用多種儀器與方法對制備的DLC薄膜進行了分析比較。結果表明,過渡層與金屬摻雜均有助于DLC薄膜內應力的降低和結合強度的提高。三種DLC薄膜中綜合性能最優(yōu)的Ti-DLC薄膜具有高達29N左右的結合強度,其厚度超過1.5μm,薄膜內應力低于1.0GPa,并且具有優(yōu)異的摩擦磨損性能(摩擦系數(shù)最低達到0.03,摩擦率低至10-7mm3／Nm量級)。 4)為討論箔片軸承摩擦副表面鍍膜的方案,進行了DLC薄膜摩擦副配對實驗研究。實驗在球-盤式往復摩擦磨損實驗機上進行,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)。結果表明,當箔片與鋼球表面均鍍覆DLC薄膜時,系統(tǒng)摩擦系數(shù)最低(-0.1),摩擦副的兩對偶面磨損最小,并由此確定了在箔片與轉軸表面均鍍覆DLC薄膜的方案。 5)以鍍覆DLC薄膜的轉軸與鍍覆DLC薄膜的箔片組成摩擦副,在箔片軸承臺架實驗平臺上進行了臺架實驗。臺架實驗研究結果與摩擦磨損實驗機實驗結果差異較大,分析認為這與DLC薄膜熱穩(wěn)定性有關,并通過補充的DLC薄膜高溫摩擦磨損實驗以印證以上分析。
【圖文】：

箔片氣體軸承(簡稱箔片軸承)的雛形于1953年由Blok與vanRussom首次提出[9]，至今已經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展。該軸承是一種彈性表面自作用動壓氣體軸承，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構常簡稱為“波箔”。通常將采用波箔作為彈性支撐結構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側臼川刃!翻r時圖LZ張緊型箱片軸承與懸臂型箱片軸承

軸承固體潤滑用類金剛石薄膜的設計、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)上的結構一致，，所以其結構最I代箔片軸承�！暗趎代”:軸承的彈性支撐結構。而“第m代”:軸承的彈性支撐結構在軸向和，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]。
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TH117.2;TB43

【引證文獻】

相關博士學位論文 前4條

1 劉萬輝;柔性動壓氣體軸承及其轉子系統(tǒng)的理論和實驗研究[D];湖南大學;2018年

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

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

4 徐方程;基于庫倫摩擦效應的徑向氣體箔片軸承-轉子系統(tǒng)振動特性[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

相關碩士學位論文 前5條

1 霍波波;高性能波箔軸承關鍵技術研究[D];南京航空航天大學;2018年

2 盧攀;透平膨脹機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;2016年

3 胡錦;嵌入彈簧式氣體箔片軸承理論分析與實驗研究[D];湖南大學;2016年

4 謝永強;空氣動壓潤滑無油渦輪增壓器的設計與實驗研究[D];湖南大學;2015年

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

本文編號：2606617