【摘要】：機(jī)械系統(tǒng)中存在大量影響機(jī)構(gòu)運動精度、可靠性的運動副。一般情況下,運動副采用以潤滑油脂進(jìn)行潤滑的滾動/滑動軸承。但對于一些特殊的運行情況,如:運動空間受限、無法使用潤滑油脂以及重載、低速、往復(fù)運動下難以形成油膜的場合,由于結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、運行參數(shù)、運行環(huán)境等因素的制約,無法使用常規(guī)滾動/滑動軸承。在這些特殊的場合,通常使用自潤滑運動副這種結(jié)構(gòu)形式,自潤滑關(guān)節(jié)軸承作為其中的典型代表,用量大范圍廣,是實現(xiàn)傳動的重要零部件。我國對自潤滑關(guān)節(jié)軸承的研究起步較晚,自主研發(fā)的自潤滑關(guān)節(jié)軸承服役壽命不足世界先進(jìn)水平的一半,重要武器裝備和航天航空中使用的自潤滑關(guān)節(jié)軸承大多依賴進(jìn)口,目前已受到進(jìn)口限制,為了避免未來出現(xiàn)“卡脖子”的局面,開展關(guān)節(jié)軸承自潤滑涂層設(shè)計與服役性能研究。(1)利用非平衡磁控濺射在06Cr19Ni10不銹鋼基體和單晶硅片(111)上制備過渡層、純DLC、Cr-DLC、Cu-DLC、Cr/Cu-DLC薄膜,并對薄膜結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、摩擦磨損性能、結(jié)合力、協(xié)同變形能力進(jìn)行表征和測試。結(jié)果表明:Cr元素對碳基薄膜結(jié)構(gòu)和成分的影響較大,銅元素次之,主要影響sp~2和sp~3雜化鍵的比例以及異質(zhì)相的彌散。適量的Cr和Cu摻雜可有效提升DLC薄膜的力學(xué)性能,顯著降低內(nèi)應(yīng)力,但過量的摻雜反而會破壞非晶碳基質(zhì)的完整性和連通性,且Cr和Cu作為強(qiáng)塑性金屬,導(dǎo)致力學(xué)性能大幅度下降。(2)對摩擦磨損的測試中表明:適量的雙組元(Cr/Cu)摻雜薄膜的自潤滑性能要優(yōu)于單一金屬摻雜的薄膜,相比純的DLC薄膜略微升高,且耐磨性均優(yōu)于其他薄膜,但過量摻雜導(dǎo)致薄膜摩擦學(xué)性能嚴(yán)重下降。(3)由于自潤滑關(guān)節(jié)軸承特殊的結(jié)構(gòu)和裝配工藝,薄膜的協(xié)同變形能力是確保薄膜能否應(yīng)用于工程的首要條件,使用自主設(shè)計的試樣彎曲裝置對薄膜進(jìn)行測試。結(jié)果表明:純DLC、Cr-DLC、Cu-DLC在彎曲時,基體、過渡層和薄膜之間均出現(xiàn)不同程度的剝離和斷裂,Cr/Cu-DLC薄膜結(jié)合良好,未出現(xiàn)剝離和斷裂。本研究初步實現(xiàn)了關(guān)節(jié)軸承自潤滑涂層的設(shè)計與服役性能研究,為后續(xù)研究提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TG174.4;TH133.3
【圖文】：

類金剛石薄膜。節(jié)軸承軸承作為一種特殊的滑動軸承，因無需添加潤滑油作載荷大、耐高溫耐腐蝕、摩擦系數(shù)低、污染小、噪空航天、載重機(jī)械、武器裝備、水利設(shè)施等領(lǐng)域的等裝置中（Zhou J，2003），近些年受到國內(nèi)外學(xué)者節(jié)軸承的應(yīng)用軸承在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用尤其廣泛，具體結(jié)構(gòu)如圖中間的襯墊材料組成。美國波音公司制造的波音 73國國營宇航工業(yè)公司生產(chǎn)的海豚、超黃峰直升機(jī)的起位的傳動和操作系統(tǒng)中，自潤滑關(guān)節(jié)軸承的使用013）。

圖 1-2 自潤滑關(guān)節(jié)軸承的運動方式（Lu J J，2015）Fig. 1-2 Mode of operation of Self-lubricating joint bearing（Lu J J，20表 1-1 自潤滑關(guān)節(jié)軸承的分類（Zhang X，2013）e 1-1 The classification of Self-lubricating spherical plain bearings（Zhangation of Self-lubricating plain bearingsNominal contact angle Carrying methodcontact centripetal Self-g joint bearing0° Radial load, A(small)contact centripetal Self-g joint bearing0-45° Combined loadcontact thrust Self-g spherical plain bearings45-90° Axial load, Com(<0.5 times the Antact thrust Self-lubricatingring90° Axial load

軸承運行過程中雖然整體沒有到達(dá)材料熱分解的溫度閃溫會造成材料分解，長此以往，積少成多，固體潤滑材料發(fā)生大而造成軸承的失效。）襯墊結(jié)合強(qiáng)度的問題軸承中不使用襯墊進(jìn)行潤滑，因此不會出現(xiàn)該問題，在自潤滑關(guān)結(jié)合強(qiáng)度是影響軸承運行精度和服役壽命中最為關(guān)鍵的因素。其檢3 所示，但對于重載和高速自潤滑關(guān)節(jié)軸承來說，襯墊在較大載荷式下，襯墊因復(fù)雜的運動模式而發(fā)生脫粘，在強(qiáng)烈擠壓和高速旋會被迅速拽出，造成關(guān)節(jié)軸承卡死失效，如圖 1-4 所示。對于航空種高成本，且不易停靠和維護(hù)的裝備造成巨大的財產(chǎn)損失，甚至是此，為使該類關(guān)節(jié)軸承向更多領(lǐng)域推廣，對襯墊質(zhì)量提出了更高的潤滑方式取而代之。

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