微動(dòng)損傷被喻為現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械部件的癌癥,在許多工業(yè)重要部門(mén)已成為一些配合零部件失效的主要因素之一。微動(dòng)損傷機(jī)制之一的微動(dòng)磨損致使機(jī)械部件精度失效、構(gòu)件咬合、松動(dòng)、功率損失、噪聲增加或形成污染源。工業(yè)實(shí)踐中,振動(dòng)源通常無(wú)法避免而使得微動(dòng)磨損總是存在,因此研究減緩微動(dòng)磨損的各種措施意義重大,油、脂潤(rùn)滑作為減緩微動(dòng)磨損的重要措施已引起研究者的高度重視。 本文采用高精度的PLINT微動(dòng)試驗(yàn)機(jī),對(duì)不同種類(lèi)、性能的潤(rùn)滑油和脲基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑下的GCrl 5軸承鋼球／GCrl5軸承鋼塊和GCrl5軸承鋼球／45號(hào)鋼塊摩擦副的微動(dòng)特性進(jìn)行研究。試驗(yàn)條件為位移幅值／D=5μm～80μm、頻率戶1-5 Hz、循環(huán)次數(shù)N=1-3×104、法向負(fù)荷Fn=50～100 N、試驗(yàn)室的溫度和濕度分別為15℃-20℃和40%±10%。借助光學(xué)顯微鏡(OM)、激光共聚焦掃描顯微鏡(LCSM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、AMBIOS XP-2臺(tái)階儀、MVK-H21顯微硬度儀和能譜儀(EDX)對(duì)磨痕進(jìn)行分析,磨損表面用濃度4%的硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕以觀察磨痕表面層變化；分析了四種合成油和自制脲基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑對(duì)鋼材料微動(dòng)磨損影響的作用機(jī)理；找出了影響油、脂潤(rùn)滑減緩微動(dòng)磨損效果的主要因素。取得的主要結(jié)果和結(jié)論如下： 1.油潤(rùn)滑下鋼材料的微動(dòng)磨損與微動(dòng)位移幅值密切相關(guān)。在低位移幅值的部分滑移區(qū),油排出接觸區(qū)后在接觸邊緣形成油罩,阻止了大量空氣進(jìn)入摩擦表面而增大了金屬間的粘著效應(yīng),導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)比干摩擦下更高,且增大了部分滑移區(qū),使干摩擦下的運(yùn)行工況微動(dòng)圖分區(qū)右移；因微滑區(qū)很小,油排出接觸界面后難以再次滲入到摩擦表面,不同種類(lèi)、性能的油潤(rùn)滑對(duì)磨損幾乎沒(méi)有影響；在中等位移幅值的混合區(qū),油罩同樣使得穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)比干摩擦下大。油滲入到磨痕的裂紋中,在高切應(yīng)用力作用下油被擠壓而加速了材料的剝落,產(chǎn)生比干摩擦下更深的磨坑；在大位移幅值的完全滑移區(qū),油滲入到摩擦界面形成了混合潤(rùn)滑狀態(tài),且降低了氧化腐蝕,因此顯著地降低了摩擦系數(shù)和表面磨損。 2.四種合成油在中等位移幅值的“挖坑效應(yīng)”以及在更高位移幅值下減緩摩擦和磨損的效果與合成油的理化性能密切相關(guān)。在中等位移幅值的混合區(qū),最低表面張力的硅油Silicone 68在微裂紋中的滲透性最強(qiáng),極性的聚醚PAG68和合成酯PETO在微裂紋中的金屬表面附著性更大,在反復(fù)切應(yīng)力作用下產(chǎn)生比聚a-烯烴PAO 10和礦油350 SN潤(rùn)滑下更深的磨坑。在完全滑移區(qū),Silicone 68最低的表面張力和壓粘系數(shù)、以及最大的可壓縮性,形成的油膜最薄而金屬直接接觸面積最大,降低摩擦和減緩磨損的效果最差；極性的PAG68和PETO在摩擦表面形成邊界吸附膜,摩擦系數(shù)比PAO 10和350SN潤(rùn)滑下的值低；PAO 10潤(rùn)滑初期形成的高硬度白層致使其潤(rùn)滑下的磨損最小,其磨痕深度和體積不及Silicone 68潤(rùn)滑下的1／2。 3.微動(dòng)下磨損面積與磨損體積的相關(guān)性不顯著。在微動(dòng)混合區(qū),油潤(rùn)滑時(shí)的磨痕面積比干摩擦下小,但磨痕深度卻比干摩擦下大；在微動(dòng)完全滑移區(qū),PAO 10潤(rùn)滑時(shí)的磨痕面積比其它油潤(rùn)滑時(shí)大,但其磨損體積卻最小。 4.在大位移幅值的微動(dòng)完全滑移區(qū),脲基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑下摩擦系數(shù)隨微動(dòng)。循環(huán)周次的變化與潤(rùn)滑膜的存在、破裂和再形成密切相關(guān)。在微動(dòng)初期,因微動(dòng)的自清洗作用使?jié)櫥慌懦鼋佑|區(qū),脂膜破裂,摩擦系數(shù)增大到最大值。此時(shí)高的切應(yīng)力導(dǎo)致磨坑和磨痕表面白層的形成；接觸區(qū)周?chē)闹忠蛭?dòng)而剪切分油,分出的基礎(chǔ)油滲入到磨坑形成了混合潤(rùn)滑狀態(tài),摩擦系數(shù)向下振蕩到低的穩(wěn)態(tài)值,其值約為干摩擦下的1／6；脲基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑下的磨損量?jī)H約為干摩擦下的1／24,且磨損主要發(fā)生在微動(dòng)初期階段。分油量越大,減緩磨損效果越顯著。另外,氧化腐蝕的降低,以及微動(dòng)初期在磨痕表面形成的高硬度白層,因低的穩(wěn)態(tài)切應(yīng)力基本上未剝落,它們也有助于減緩磨損。氣泡對(duì)磨損幾乎沒(méi)有影響。 5.工業(yè)上,如果微動(dòng)處于大位移幅值工況條件,采用油、脂潤(rùn)滑減緩鋼材料微動(dòng)磨損是很好的措施。對(duì)于減緩效果,油的理化性能和脂的分油是首先要考慮的因素。另外,油、脂在滑動(dòng)下的摩擦特性與微動(dòng)下不具有相關(guān)性。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類(lèi)】：TH117
【部分圖文】：

.4.1基礎(chǔ)研究實(shí)際工況的微動(dòng)現(xiàn)象十分復(fù)雜，根據(jù)簡(jiǎn)化的球/平面接觸模型，將微動(dòng)分為圖1一4所示的切向微動(dòng)、徑向微動(dòng)、滾動(dòng)微動(dòng)和扭動(dòng)微動(dòng)四種基本微動(dòng)模式l22]，油、脂潤(rùn)滑下的微動(dòng)磨損研究大都采用切向微動(dòng)模式。色。畫(huà)黔色擴(kuò)。色舒切向微動(dòng)徑向微動(dòng)滾動(dòng)微動(dòng)扭動(dòng)微動(dòng)圖1一4四種基本微動(dòng)運(yùn)行模式(l)不同微動(dòng)區(qū)域下油、脂潤(rùn)滑對(duì)微動(dòng)磨損的影響在極低位移幅值下，兩接觸體整體上不發(fā)生相對(duì)滑移，僅在接觸邊緣產(chǎn)生微滑。位移的變化通過(guò)接觸表面的彈性變形來(lái)調(diào)節(jié)，切向力隨位移幅值變化曲線(F一D曲線)呈線型封閉狀，微動(dòng)位于部分滑移區(qū)l，’，22.52]。Shima等l53]在切向微動(dòng)試驗(yàn)機(jī)上，測(cè)試了5種40℃粘度為 1mmZ/s一 10000mmz/s之間的基礎(chǔ)油在球/面摩擦副下的微動(dòng)磨損性能，球和面材質(zhì)都為SUJZ軸承鋼

最嚴(yán)重問(wèn)題之一。一些研究表明脂潤(rùn)滑是減緩易受振動(dòng)的軸承(特別是旋翼軸承)微動(dòng)磨損的有效措施，美國(guó)飛機(jī)公司建立了標(biāo)準(zhǔn)的Sikors材飛機(jī)摩擦氧化評(píng)定裝置(圖1一5)和評(píng)定程序，并對(duì)潤(rùn)滑脂抗微動(dòng)磨損性能進(jìn)行評(píng)定l65]。{!(、曲軸臂組件/{丫Z滬/拼’“‘軸圖1一5飛機(jī)摩擦氧化評(píng)定裝置該評(píng)定裝置由液壓加載系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)部件和測(cè)試軸承部件構(gòu)成，徑向載荷通過(guò)加載軸承施加到兩個(gè)被測(cè)試的滾錐軸承上，變速馬達(dá)帶動(dòng)曲柄杠桿臂旋轉(zhuǎn)，曲柄杠桿臂與被測(cè)試軸緊固相連，固定在曲柄杠桿臂上的測(cè)力環(huán)測(cè)定測(cè)試軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力。測(cè)試前將5.0士19脂加在兩個(gè)被測(cè)試的滾錐軸承的內(nèi)環(huán)和滾錐及其保持架上，試驗(yàn)條件為液壓負(fù)荷 6668N(1500磅)，頻率每分鐘410循環(huán)周次，轉(zhuǎn)動(dòng)角6度

1一夾具;4一馬達(dá);一夾具座;3一基座;一邊桿;6一偏心輪(I)外觀圖a一夾具頭;b一固定螺釘;c一夾具軸;d一推力球軸承;e一擺動(dòng)軸承座;;f-夾具底座(n)夾具裝配分解圖圖1一6Fafi五r摩擦氧化試驗(yàn)機(jī)評(píng)定裝置采用該評(píng)定方法一些學(xué)者研究了不同組成和性能的潤(rùn)滑脂抗微動(dòng)磨
【引證文獻(xiàn)】

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1 崔影;;鋼絲繩磷化涂層技術(shù)[J];港口裝卸;2014年01期

本文編號(hào)：2875555