含油軸承因具有顯著節(jié)材節(jié)能、含油自潤滑特性,在工程機械、交通運輸?shù)阮I域應用廣泛。含油軸承的多孔屬性決定了其自潤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。復層含油軸承通過合理調控層間孔隙分布,對提高含油軸承綜合力學和摩擦學性能具有明顯優(yōu)勢。為明晰復層含油軸承的潤滑機理、改善含油軸承綜合力學和摩擦學性能,以適應不同潤滑工況的性能要求,論文以不同孔隙率分布的復層含油軸承為研究對象,開展了復層含油軸承滲流潤滑機理、多因素耦合潤滑分析、摩擦學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)基于流體動力學與滲流理論,建立復層含油軸承系統(tǒng)的潤滑模型,揭示復層含油軸承的油膜潤滑機理。結果表明:相比單層含油軸承,復層含油軸承能防止油液滲入多孔介質,潤滑性能較好;流體潤滑工況下,復層含油軸承的潤滑性能隨表層厚度或孔隙率增加而變差,隨中心膜厚或轉速降低而變好;考慮熱效應后,軸承系統(tǒng)溫度隨著轉速或載荷增加而升高,潤滑性能受溫升削弱影響趨于顯著;摩擦試驗結論與理論分析結果相一致,且熱流潤滑的計算結果更趨實測值。2)采用平均流量模型建立復層含油軸承的熱混合潤滑模型,明晰復層含油軸承的混合潤滑機理及影響機制。結果表明:流體壓力主要發(fā)生在收斂區(qū)間內,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;混合潤滑工況下,隨著轉速增加,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)值模擬及摩擦試驗表明,混合潤滑工況下復層軸承的摩擦系數(shù)低于多孔單層軸承,且復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)從混合潤滑轉變?yōu)榱黧w潤滑。3)基于試驗方法研究了邊界潤滑工況下復層含油軸承的摩擦學性能,通過磨痕形貌的微觀檢測和軸承內部孔隙含油的作用機制分析,揭示了復層含油軸承的減摩耐磨機理。適當增加表層孔隙率能提高復層含油軸承的邊界摩擦特性,與傳統(tǒng)單層含油軸承相比,相對疏松表層的復層含油軸承在較高載荷工況下仍具有良好的減摩自潤滑性能。通過對軸承表面滲硫改性設計,利用表面固體潤滑層與儲油基體起到良好液固協(xié)同潤滑效應,進一步改善了復層含油軸承的邊界摩擦特性和承載能力,實現(xiàn)了含油軸承高強度與良好潤滑性能的統(tǒng)一。論文為不同潤滑工況下復層含油軸承的孔隙調控提供理論指導,為實現(xiàn)不同潤滑工況下含油軸承高承載和良好潤滑性能的有效統(tǒng)一提供一定技術支撐。
【學位單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH133.3;TH117
【部分圖文】：

性能及孔隙作用機制，基于摩擦學性能試驗優(yōu)化用表面硫化改性技術與孔隙儲油起到良好液固協(xié)工況下抗咬合、抗擦傷性能。論文工作為不同潤布調控提供理論參考，對明晰含油軸承潤滑機理設計水平具有一定理論及工程應用價值。現(xiàn)狀體潤滑研究現(xiàn)狀潤滑油膜的形成原理作時，潤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[36]。如 Kaneko[15]通過對透染色的油，并用紫外線照射，發(fā)現(xiàn)潤滑油在含油壓區(qū)油液從軸承間隙滲入多孔基體，在多孔基體或負壓區(qū)），油液循環(huán)流動如圖 1.1 所示。

油軸承混合潤滑求解時，使用平均流量模型顯然更為合適。界潤滑工況下含油軸承材料摩擦學設計及改性研究油膜潤滑或部分油膜潤滑狀態(tài)下，油膜壓力對抵抗外載荷起到一定工況變惡劣，油膜厚度進一步降低，隨之減小的動壓效應不足以將摩擦副接觸區(qū)，油膜失效從而不能承擔外載，軸承處于邊界潤滑狀狀態(tài)下的外載荷主要由摩擦表面間的物理、化學吸附膜承擔[107]。油油膜潤滑狀態(tài)向邊界潤滑狀態(tài)轉變的理想 Stribeck 曲線如圖 1.2 所示[潤滑涉及到極薄的表面層性質的變化，其潤滑機理受到許多難以控，因此邊界潤滑狀態(tài)下的理論分析十分困難。與流體潤滑和混合潤較為成熟的潤滑理論不同，目前尚無統(tǒng)一的邊界潤滑理論，摩擦副況下的性能研究多從實驗方面開展[109]。針對實體軸承材料的摩擦學，外界供油量和材料基體特性對邊界吸附膜的生成與作用性能具有11]。針對多孔含油軸承，優(yōu)化孔隙含油率、孔隙分布結構和改性摩擦善含油軸承邊界潤滑性能的重要途徑。

采用ANSYS軟件中的瞬態(tài)熱分析方法模擬了簡化模型的熱應力分布問近年來，隨著仿生摩擦學的發(fā)展，具有梯度孔隙結構的人工關節(jié)、蛋殼生物結構對先進軸承材料的摩擦學設計提供了有益的啟示。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、表層多孔的人工關節(jié)材料，摩擦實驗表明層孔隙率增加，摩擦系數(shù)呈現(xiàn)先降低后增高的特點，由于多孔表層具有自潤滑能力，改善了摩擦磨損性能，當表層孔隙率過高時，摩擦表面形孔洞從而降低表層強度，加劇磨損并增大摩擦[123]。孟凡明基于圓篩藻雙構優(yōu)化設計了水潤滑滑動軸承內表面微造型，有效提高了承載能力，并系數(shù)[124,125]。在邊界潤滑工況下，要求軸承摩擦面上具有一定的含油自潤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以保有足夠的強度來承載外載荷，金卓仁在表層添加PbCO3作為造孔劑，燒結bCO3受熱分解生成CO2氣體，氣體逸出后形成孔隙，另一分解產物PbO在作為優(yōu)良固體潤滑劑可起到有效固體潤滑作用，所制備的梯度自潤滑軸單層含油軸承相比，極限PV值提高了兩倍[126]。
【參考文獻】

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本文編號：2857364