發(fā)布時(shí)間：2020-10-26 18:35

　　 含油軸承因具有顯著節(jié)材節(jié)能、含油自潤(rùn)滑特性,在工程機(jī)械、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域應(yīng)用廣泛。含油軸承的多孔屬性決定了其自潤(rùn)滑性能和承載能力的相互矛盾,工作過程中易過早失效,摩擦磨損問題突出。復(fù)層含油軸承通過合理調(diào)控層間孔隙分布,對(duì)提高含油軸承綜合力學(xué)和摩擦學(xué)性能具有明顯優(yōu)勢(shì)。為明晰復(fù)層含油軸承的潤(rùn)滑機(jī)理、改善含油軸承綜合力學(xué)和摩擦學(xué)性能,以適應(yīng)不同潤(rùn)滑工況的性能要求,論文以不同孔隙率分布的復(fù)層含油軸承為研究對(duì)象,開展了復(fù)層含油軸承滲流潤(rùn)滑機(jī)理、多因素耦合潤(rùn)滑分析、摩擦學(xué)特性及表面硫化改性研究。論文完成的主要研究工作和成果如下:1)基于流體動(dòng)力學(xué)與滲流理論,建立復(fù)層含油軸承系統(tǒng)的潤(rùn)滑模型,揭示復(fù)層含油軸承的油膜潤(rùn)滑機(jī)理。結(jié)果表明:相比單層含油軸承,復(fù)層含油軸承能防止油液滲入多孔介質(zhì),潤(rùn)滑性能較好;流體潤(rùn)滑工況下,復(fù)層含油軸承的潤(rùn)滑性能隨表層厚度或孔隙率增加而變差,隨中心膜厚或轉(zhuǎn)速降低而變好;考慮熱效應(yīng)后,軸承系統(tǒng)溫度隨著轉(zhuǎn)速或載荷增加而升高,潤(rùn)滑性能受溫升削弱影響趨于顯著;摩擦試驗(yàn)結(jié)論與理論分析結(jié)果相一致,且熱流潤(rùn)滑的計(jì)算結(jié)果更趨實(shí)測(cè)值。2)采用平均流量模型建立復(fù)層含油軸承的熱混合潤(rùn)滑模型,明晰復(fù)層含油軸承的混合潤(rùn)滑機(jī)理及影響機(jī)制。結(jié)果表明:流體壓力主要發(fā)生在收斂區(qū)間內(nèi),接觸壓力主要發(fā)生在最小膜厚附近,最小膜厚處的接觸壓力最高;混合潤(rùn)滑工況下,隨著轉(zhuǎn)速增加,微凸體接觸力減小,摩擦系數(shù)降低,隨著外載或表層孔隙率增加,微凸體接觸力增大,摩擦系數(shù)升高;數(shù)值模擬及摩擦試驗(yàn)表明,混合潤(rùn)滑工況下復(fù)層軸承的摩擦系數(shù)低于多孔單層軸承,且復(fù)層含油軸承的表層孔隙率越低,摩擦系數(shù)越小,越有利于使?jié)櫥瑺顟B(tài)從混合潤(rùn)滑轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w潤(rùn)滑。3)基于試驗(yàn)方法研究了邊界潤(rùn)滑工況下復(fù)層含油軸承的摩擦學(xué)性能,通過磨痕形貌的微觀檢測(cè)和軸承內(nèi)部孔隙含油的作用機(jī)制分析,揭示了復(fù)層含油軸承的減摩耐磨機(jī)理。適當(dāng)增加表層孔隙率能提高復(fù)層含油軸承的邊界摩擦特性,與傳統(tǒng)單層含油軸承相比,相對(duì)疏松表層的復(fù)層含油軸承在較高載荷工況下仍具有良好的減摩自潤(rùn)滑性能。通過對(duì)軸承表面滲硫改性設(shè)計(jì),利用表面固體潤(rùn)滑層與儲(chǔ)油基體起到良好液固協(xié)同潤(rùn)滑效應(yīng),進(jìn)一步改善了復(fù)層含油軸承的邊界摩擦特性和承載能力,實(shí)現(xiàn)了含油軸承高強(qiáng)度與良好潤(rùn)滑性能的統(tǒng)一。論文為不同潤(rùn)滑工況下復(fù)層含油軸承的孔隙調(diào)控提供理論指導(dǎo),為實(shí)現(xiàn)不同潤(rùn)滑工況下含油軸承高承載和良好潤(rùn)滑性能的有效統(tǒng)一提供一定技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH133.3;TH117
【部分圖文】：

性能及孔隙作用機(jī)制，基于摩擦學(xué)性能試驗(yàn)優(yōu)化用表面硫化改性技術(shù)與孔隙儲(chǔ)油起到良好液固協(xié)工況下抗咬合、抗擦傷性能。論文工作為不同潤(rùn)布調(diào)控提供理論參考，對(duì)明晰含油軸承潤(rùn)滑機(jī)理設(shè)計(jì)水平具有一定理論及工程應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)狀體潤(rùn)滑研究現(xiàn)狀潤(rùn)滑油膜的形成原理作時(shí)，潤(rùn)滑油不僅有法向的滲透，還在軸承間隙在很多研究中已被證實(shí)[36]。如 Kaneko[15]通過對(duì)透染色的油，并用紫外線照射，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油在含油壓區(qū)油液從軸承間隙滲入多孔基體，在多孔基體或負(fù)壓區(qū)），油液循環(huán)流動(dòng)如圖 1.1 所示。

油軸承混合潤(rùn)滑求解時(shí)，使用平均流量模型顯然更為合適。界潤(rùn)滑工況下含油軸承材料摩擦學(xué)設(shè)計(jì)及改性研究油膜潤(rùn)滑或部分油膜潤(rùn)滑狀態(tài)下，油膜壓力對(duì)抵抗外載荷起到一定工況變惡劣，油膜厚度進(jìn)一步降低，隨之減小的動(dòng)壓效應(yīng)不足以將摩擦副接觸區(qū)，油膜失效從而不能承擔(dān)外載，軸承處于邊界潤(rùn)滑狀狀態(tài)下的外載荷主要由摩擦表面間的物理、化學(xué)吸附膜承擔(dān)[107]。油油膜潤(rùn)滑狀態(tài)向邊界潤(rùn)滑狀態(tài)轉(zhuǎn)變的理想 Stribeck 曲線如圖 1.2 所示[潤(rùn)滑涉及到極薄的表面層性質(zhì)的變化，其潤(rùn)滑機(jī)理受到許多難以控，因此邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下的理論分析十分困難。與流體潤(rùn)滑和混合潤(rùn)較為成熟的潤(rùn)滑理論不同，目前尚無統(tǒng)一的邊界潤(rùn)滑理論，摩擦副況下的性能研究多從實(shí)驗(yàn)方面開展[109]。針對(duì)實(shí)體軸承材料的摩擦學(xué)，外界供油量和材料基體特性對(duì)邊界吸附膜的生成與作用性能具有11]。針對(duì)多孔含油軸承，優(yōu)化孔隙含油率、孔隙分布結(jié)構(gòu)和改性摩擦善含油軸承邊界潤(rùn)滑性能的重要途徑。

采用ANSYS軟件中的瞬態(tài)熱分析方法模擬了簡(jiǎn)化模型的熱應(yīng)力分布問近年來，隨著仿生摩擦學(xué)的發(fā)展，具有梯度孔隙結(jié)構(gòu)的人工關(guān)節(jié)、蛋殼生物結(jié)構(gòu)對(duì)先進(jìn)軸承材料的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)提供了有益的啟示。王慶良以Na劑，基層采用致密純UHMWPE粉（超高強(qiáng)度聚乙烯），在表層添加適量N模板濾取法制備了基層致密、表層多孔的人工關(guān)節(jié)材料，摩擦實(shí)驗(yàn)表明層孔隙率增加，摩擦系數(shù)呈現(xiàn)先降低后增高的特點(diǎn)，由于多孔表層具有自潤(rùn)滑能力，改善了摩擦磨損性能，當(dāng)表層孔隙率過高時(shí)，摩擦表面形孔洞從而降低表層強(qiáng)度，加劇磨損并增大摩擦[123]。孟凡明基于圓篩藻雙構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)了水潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承內(nèi)表面微造型，有效提高了承載能力，并系數(shù)[124,125]。在邊界潤(rùn)滑工況下，要求軸承摩擦面上具有一定的含油自潤(rùn)形成邊界吸附油膜降低摩擦，而在支撐面上要求基體盡量致密高強(qiáng)以保有足夠的強(qiáng)度來承載外載荷，金卓仁在表層添加PbCO3作為造孔劑，燒結(jié)bCO3受熱分解生成CO2氣體，氣體逸出后形成孔隙，另一分解產(chǎn)物PbO在作為優(yōu)良固體潤(rùn)滑劑可起到有效固體潤(rùn)滑作用，所制備的梯度自潤(rùn)滑軸單層含油軸承相比，極限PV值提高了兩倍[126]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2857364