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纳米添加润滑脂与功能表面对脂润滑滚动轴承性能的影响研究

杨凯  
【摘要】:滚动轴承是旋转机械的核心支承部件,随着我国高端装备制造业的发展,对轴承在各类极端工况下的稳定运行提出了更高的要求。尽管目前国产轴承质量在逐步提升,但在高精度、长寿命、低振动、高可靠性方面仍有较大进步空间。随着精密磨削和超精密磨削技术在轴承加工领域的普及,表面粗糙度和加工精度不再是制约轴承质量的主要因素。由于大多数的轴承失效是由润滑失效导致的,因此如何改善轴承润滑状态以减小轴承振动和摩擦,满足各种极限工况需求,具有十分重要的理论意义和工程应用价值。本文拟从纳米添加润滑脂与功能表面两个方面开展对脂润滑滚动轴承性能的影响研究。本论文主要研究内容有:(1)研究纳米添加剂对润滑脂摩擦学和抑振性能的影响。制备了复合锂基润滑脂作为基础润滑脂,使用了不同硬度和形态的三种纳米颗粒(Al_2O_3,Fe_3O_4,C)作为添加剂。通过扫描电镜观测了增稠剂结构和纳米颗粒形态。基于四球摩擦磨损实验研究了纳米添加润滑脂的摩擦学性能,分析了各润滑脂的摩擦系数和磨斑形貌,通过EDS分析了钢球磨损表面元素分布,解释了不同硬度纳米颗粒在边界润滑中的作用机理。使用BVT-1A轴承测振仪评估了所制备的4种润滑脂的轴承抑振性能,采集了6204深沟球轴承的振动信号并在低中高三个频段对各润滑脂的减振性能进行了分析评价,建立了油膜中纳米颗粒的作用机理模型。进行了基础油铺展润湿实验,结果表明纳米颗粒会提升基础油在增稠剂表面的润湿性,可促进轴承滚道中基础油的回流以缓解振动。(2)为解决脂润滑轴承的乏脂问题,本文将具有密度梯度的条状微结构应用在推力球轴承引导面处,期望通过其油液自驱动效果促进滚道两侧基础油回流以改善轴承润滑。本文首先在钢板上制备了具有密度梯度的条状微结构表面,以均匀条状和圆形微结构作为对照组,进了了基础油铺展润湿实验,研究了微结构对基础油的引导机理和规律。然后,使用BVT-7A轴承测振仪对引导面开有微结构的轴承进行了振动测试并对振动信号进行了时域和频域多指标计算比对,分析了引导面微结构对轴承润滑改善的作用机理。最后,进行了轴承摩擦力矩实验,实验后拍摄了滚道表面的SEM图像。实验结果表明,梯度条状功能表面可有效促进引导面上基础油对滚道的供给,可有效降低轴承振动并延缓磨损。


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