水润滑轴承的摩擦磨损性能及润滑机理的研究

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与金属轴承不同,水润滑轴承一般由非金属材料制成,材料的性能是决定轴承工作性能和使用寿命的一个主要因素。此外,水润滑轴承的摩擦学性能受轴承结构、工况等影响很大。如何选择和设计水润滑轴承的材料、结构,使之在各种工况下具有较低的摩擦因数,同时又有较高的承载能力,目前尚无满意的方法和结果。在润滑机理的研究上,由于水润滑轴承开设了多个水道槽,其流体力学模型的建立比较复杂,因此对其润滑机理的研究也还没有取得重要进展和突破。为了弄清楚这一新技术的机理和规律,以建立相应的理论,因而提出了“水润滑轴承的摩擦磨损性能及润滑机理的研究”这一课题,并获得了教育部科学技术重点项目的资助。该研究经过几年的努力,取得了具有一定理论意义和实用价值的研究成果。针对水润滑轴承的特点,先对轴承材料进行选择,然后对轴承用材料进行了摩擦学性能研究,并用碳纤维、玻璃纤维、棉纤维、石墨、聚四氟乙烯等填料对水润滑轴承材料的力学性能进行了改性研究。重点研究了水润滑塑料轴承的摩擦学特性,用体积法测定出了轴承的磨损率,通过实验研究了摩擦因数、磨损率与轴承结构和工况之间的关系,对实验数据进行了拟合,并对润滑机理进行了分析。将弹流理论应用于水润滑复合橡胶轴承润滑机理的研究中,对润滑水膜的形成机理进行了分析,从理论上分析了橡胶的弹性变形对水润滑橡胶轴承的性能影响;对水润滑丁腈橡胶轴承模型进行了简化,然后在此基础上推导了水润滑条件下橡胶轴承的流体润滑方程、水膜厚度方程及承载能力方程,给出了弹流润滑分析的计算流程。研究了丁腈橡胶轴承在含砂水介质中的磨粒磨损问题,揭示了自由磨粒作用下所发生的磨损物理过程; 通过实验研究了载荷、速度、磨粒尺寸、磨粒浓度等因素对磨损率的影响,并对实验数据进行拟合,得到了磨损率与载荷、速度、磨粒尺寸、磨粒浓度等因素之间的关系式。应用力化学的观点和原理对丁腈橡胶轴承的磨损机理进行了研究,得出了橡胶轴承磨损过程中表面所发生的主要化学过程。对清水和含砂水质中不同工况下橡胶轴承的摩擦学性能进行了研究与分析,得出了摩擦因数随工况、轴承结构的变化规律,并对实验数据进行了拟合。然后<WP=5>利用所推导的水润滑方程式,计算出轴承的承载能力,并在轴承的承载范围内,根据所得的关系式确定形成润滑水膜的工况条件,为保证水润滑橡胶轴承有较低的摩擦因数、较高的效率和较长的使用寿命提供了设计方法和依据。
中文摘要第4-6页
英文摘要第6页
1 绪论第11-17页
    1.1 课题来源及研究意义第11-12页
    1.2 国内外研究状况与发展方向第12-14页
        1.2.1 研究现状第12-13页
        1.2.2 发展趋势和研究方向第13-14页
    1.3 本文的主要工作第14-15页
    1.4 小结第15-17页
2 水润滑轴承材料的选择及改性研究第17-37页
    2.1 目前常用的水润滑轴承材料第17-22页
        2.1.1 铁梨木第17页
        2.1.2 陶瓷材料第17-18页
        2.1.3 工程塑料第18-21页
        2.1.4 橡胶材料第21-22页
    2.2 水润滑轴承材料的摩擦学特性第22-27页
    2.3 水润滑轴承材料的改性第27-36页
        2.3.1 填充改性剂的种类和作用第28页
        2.3.2 填料对超高分子量聚乙烯工程材料的改性第28-31页
        2.3.3 填料对聚四氟乙烯工程材料的改性第31-36页
    2.4 小结第36-37页
3 水润滑塑料轴承的摩擦学特性第37-55页
    3.1 引言第37页
    3.2 水润滑超高分子量聚乙烯塑料轴承第37-43页
    3.3 水润滑酚醛树酯塑料轴承第43-49页
    3.4 水润滑油尼龙轴承第49-54页
    3.5 小结第54-55页
4 水润滑复合橡胶轴承的润滑机理研究第55-65页
    4.1 引言第55页
    4.2 水润滑橡胶轴承雷诺方程的建立第55-58页
    4.3 水润滑橡胶轴承的弹性变形第58页
    4.4 水膜厚度方程第58-60页
    4.5 承载能力的计算第60页
    4.6 弹流润滑分析的计算流程第60-63页
    4.7 小结第63-65页
5 水润滑橡胶轴承的磨损机理第65-71页
    5.1 引言第65页
    5.2 磨损率的影响因素第65-68页
        5.2.1 载荷第65-66页
        5.2.2 轴承转速第66-67页
        5.2.3 磨粒粒度第67-68页
        5.2.4 磨粒浓度第68页
    5.3 磨损机理第68-70页
        5.3.1 水润滑复合橡胶轴承摩擦磨损的物理过程简述第68-69页
        5.3.2 磨粒磨损的表面力化学效应第69-70页
    5.4 小结第70-71页
6 水润滑橡胶轴承的摩擦磨损实验研究第71-107页
    6.1 引言第71页
    6.2 轴承材料第71页
    6.3 轴承的结构特点第71-73页
    6.4 摩擦磨损性能实验研究第73-74页
        6.4.1 实验装置第73-74页
        6.4.2 实验轴承、内试样结构及参数第74页
    6.5 实验结果及数据处理第74-87页
        6.5.1 清水介质中第75-78页
        6.5.2 含砂条件下橡胶轴承的摩擦系数第78-81页
        6.5.3 方差分析第81-82页
        6.5.4 正交试验方差分析第82-87页
    6.6 实验结果分析第87-93页
        6.6.1 理论分析第87-88页
        6.6.2 数据分析第88-93页
    6.7 PVT曲线测试分析第93-95页
        6.7.1 实验过程第94页
        6.7.2 无水润滑情况第94页
        6.7.3 水润滑状态第94-95页
    6.8 实验数据拟合第95-105页
    6.9 小结第105-107页
7 结论第107-109页
致谢第109-110页
参考文献第110-115页
附录第115页
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