轴瓦材料织构表面固-脂润滑摩擦性能与磨损机理研究

摘要

滑动轴承是机械设备中用来支撑轴类零件回转并减小转动摩擦的重要零部件，具有运转精度高、工作稳定、无噪音等优点，在工业生产中得到广泛使用。随着生产技术的发展，对滑动轴承的工作性能，尤其是轴瓦与轴颈之间润滑性能的要求越来越高。本文为了改善轴承的摩擦学性能，通过对轴瓦表面进行激光微织构以及固体润滑技术的处理，并对其在脂润滑条件下的滑动摩擦特性和润滑机理展开研究。　　首先，对润滑脂的润滑机理和流变特性进行分析，结合织构化的表面特征，分析了脂润滑过程中动压润滑的产生，并根据雷诺方程建立了微凹腔织构表面的动压润滑模型。然后，利用激光微织构技术在轴瓦材料ZCuPb30表面进行微凹腔的加工，考察了激光单脉冲能量、脉冲重复次数等工艺参数以及待加工表面喷涂黑漆的处理方式对微形貌加工的影响。其次，开展脂润滑条件下微织构表面的滑动摩擦学性能试验，通过与光滑表面的对比以及不同织构密度、深度以及不同试验工况下的结果分析，对织构面的摩擦磨损特性进行研究。最后，用固体润滑材料对微织构表面进行填充处理，通过与光滑表面、固体润滑剂涂抹表面的对比，以及不同的织构密度、不同工况下的试验，对织构面的固-脂润滑性能进行研究。　　工艺研究结果表明：单脉冲能量的提高与微凹腔直径尺寸的增加近似线性相关，微凹腔的深度随着单脉冲能量的提高而缓慢增加；脉冲重复次数的增加与凹腔的加工深度也近似线性相关，而微凹腔直径基本保持不变；对试样表面喷涂黑漆，能有效提高微凹腔直径方向的加工效率。　　脂润滑摩擦试验结果表明：与光滑表面相比，织构化处理过的表面摩擦系数变小，磨损状况得到改善；伴随织构密度的升高，表面摩擦系数先减小后增大，在15%织构密度的表面取得最小摩擦系数；随着织构深度的增加，表面摩擦系数先减小后上升，深度为19μm时微织构面的减摩效果最佳；随着载荷的增加，摩擦系数逐渐减小最后保持稳定；随着表面相对运动速度的提高，摩擦系数先升高后降低，在转速最低（100rpm）的时候摩擦系数最低。　　固-脂润滑试验结果表明：固体润滑材料的添加对提高脂润滑状态的稳定性起到一定的作用；填充进微凹腔内部的固体润滑剂，能够在摩擦过程中弥散到接触面当中，并在织构面形成一层固体润滑膜，能够保护对磨材料、降低摩擦系数，展现了较好的摩擦学性能；伴随着织构密度的提高，摩擦系数先增加后减小，织构密度为30%的表面具有相对较好的摩擦性能。当织构密度较小时，微织构主要起存储、补充固体润滑剂和增强动压润滑的作用；当织构密度较大时，微织构收集磨粒，主要起抗磨的作用；织构密度为30%试样拥有相对较好的耐磨性能。接触面施加载荷的不断增加，使得摩擦系数先减小后增大，当载荷为200N时具有最小的摩擦系数；试样表面的摩擦系数都是在最小转速（50rpm）时取得最小值，织构密度较低的表面，随着转速的增加摩擦系数先增大后逐渐稳定，织构密度较高的表面，转速越高摩擦系数越大。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究内容及意义

1.4 课题来源

第二章 脂润滑特性及织构面润滑模型分析

2.1 脂润滑的作用机理

2.2 润滑脂的流变特性

2.3 低压接触下的成膜特性

2.4 动压润滑机制的分析

2.5 织构表面润滑模型的分析

2.6 本章小结

第三章 轴瓦材料表面激光微织构加工工艺研究

3.1 微织构加工方法

3.2 试验设备及材料

3.3 试验步骤

3.4 试验结果与分析

3.5 本章小结

第四章 微织构表面脂润滑摩擦性能研究

4.1 试验方案

4.2 不同表面处理对脂润滑滑动摩擦学性能的影响

4.3 织构密度对摩擦学性能的影响

4.4 织构深度对摩擦学性能的影响

4.5 工况对摩擦学性能的影响

4.6本章小结

第五章 微织构表面固-脂润滑摩擦性能研究

5.1 微织构内固体润滑材料的填充工艺

5.2 固-脂润滑滑动摩擦性能研究

5.3 摩擦磨损机理分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及专利