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《哈尔滨工业大学》 2007年
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RP-3燃料输送泵用陶瓷轴承技术研究

李金库  
【摘要】: 航空航天发动机中的燃料输送泵的支撑轴承直接工作在燃料介质中,轴承的工作性能受到燃料介质的直接影响。随着航空航天工业对发动机性能的要求逐步提高,燃料输送泵的工作转速和载荷也不断增大,对轴承性能提出了更高的要求,本文针对RP-3燃料介质中工作的高速重载陶瓷球轴承开展了研究,为实际应用提供了理论依据。 轴承接触配副的摩擦性能与工作介质在摩擦副表面的润湿性能相关。为获得陶瓷轴承中各元件与燃料介质的润湿性能,选用去离子水、丙三醇、甲酰胺三种已知性能参数的检测试剂,分别测量了三种液体在陶瓷和轴承钢表面的接触角,利用Young方程和表面自由能估算理论计算了Si3N4和Cr4Mo4V的表面自由能,同时考察了在Cr4Mo4V表面离子注入与沉积N+、DLC、TiC三种表面改性方式对其表面自由能的影响,然后测量了RP-3燃料对陶瓷和轴承钢表面的润湿特性。结果表明表面自由能的高低顺序依次为Si3N4、注入TiC轴承钢、注入DLC轴承钢、未处理轴承钢和注入N+轴承钢。RP-3燃料润湿性能好坏依次为未处理轴承钢、注入N+轴承钢、注入DLC轴承钢、注入TiC轴承钢。 利用球盘式摩擦磨损实验机测试了Si3N4 /Cr4Mo4V配副在干摩擦和RP-3燃油中的摩擦磨损性能,并考察了轴承钢表面改性后对配副摩擦磨损性能的影响。表面改性后,在干摩擦条件下,配副的摩擦系数、耐磨性都明显得到改善,改善程度依次为注入TiC、DLC、N+。在燃油中,各个配副的摩擦系数变化趋势与燃油在其表面的润湿性能变化趋势基本一致,且比干摩擦条件下有很大的降低;从磨损形貌上看,注入DLC的改性层试样磨损较轻,而注入TiC的改性层发生了大片的脱落,注入N+的改性层与未处理试样磨损机理基本一致。 用ANSYS有限元分析软件对Si3N4 /Cr4Mo4V球盘接触副的接触应力进行了数值模拟,并且分析了Cr4Mo4V表面改性层对接触应力的影响。分别以未改性轴承产生最大接触应力2.2GPa、2.5GPa、2.8GPa和3.2GPa所施加的载荷为基准,比较了改性前后的应力分布,以及最大等效应力的变化。结果表明Cr4Mo4V注入DLC后,最大接触应力减小约12%;注入TiC后,最大接触应力微量减小。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TH133.33

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