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原文传递水润滑橡胶轴承材料的摩擦磨损机理及磨损寿命预测研究

论文题名：	水润滑橡胶轴承材料的摩擦磨损机理及磨损寿命预测研究
关键词：	水润滑轴承;丁腈橡胶;摩擦磨损机理;寿命预测
摘要：	尾轴承是船舶推进系统内部和外部动力交换的重要支撑部件，其工作可靠性和使用寿命直接影响船舶的航行安全、运营性能和成本。橡胶尾轴承是目前应用比较广泛的水润滑尾轴承，使用过程中磨损问题突出，然而橡胶尾轴承的摩擦磨损机理以及磨损寿命预测缺乏系统研究。本文为揭示船舶水润滑尾轴承橡胶内衬材料的失效机理和磨损寿命，以典型的水润滑尾轴承丁腈橡胶材料为研究对象，在摩擦磨损实验机上开展不同苛刻工况下的模拟实验，研究载荷、滑动速度、含沙水质、加速热老化时间和温度对其摩擦学性能的影响，对比分析摩擦系数、质量磨损率、体积磨损率和表面粗糙度等典型参数的变化规律，综合运用电子扫描显微镜、超景深显微镜、激光共聚焦显微镜等多种分析手段探讨了磨损过程中丁腈橡胶试样表面的磨损特征和生成的磨粒特征，并分析磨损机理。通过研究丁腈橡胶销与不锈钢盘之间的摩擦磨损机理，结合试验数据，建立了丁腈橡胶半经验磨损公式，并用其预测丁腈橡胶尾轴承的磨损使用寿命。　　首先，论文系统研究了载荷、滑动速度两个重要参数对尾轴承丁腈橡胶内衬材料的摩擦磨损性能（摩擦系数、表面粗糙度、质量磨损率和行程质量磨损率）的影响规律；通过对丁腈橡胶磨损表面和磨粒的考察，深入分析了摩擦副之间摩擦力的形成；进而探讨丁腈橡胶磨粒的形成过程。结果表明，丁腈橡胶与不锈钢盘之间以粘附摩擦力和滞后摩擦力为主；低速高载下，摩擦副之间主要以磨料磨损为主；高速轻载下，摩擦副之间主要以疲劳磨损为主。　　我国是一个多沙河流国家，含沙水环境下橡胶尾轴承与尾轴之间的摩擦学问题日益突出，文章深入研究了含沙水质对尾轴承橡胶内衬材料的摩擦磨损性能的影响。分析了滑动速度、载荷和沙子含量对摩擦系数、磨损量和表面粗糙度的影响规律，并讨论了其磨损过程。摩擦副之间的润滑水膜厚度与沙子颗粒直径之间的关系影响其摩擦磨损状态，润滑水膜厚度大于沙子颗粒的直径时，摩擦副处于较好润滑状况；当润滑水膜厚度小于沙子颗粒的直径时，摩擦副之间的磨料磨损将极大地加剧。　　橡胶尾轴承内衬材料表面在运转过程中因摩擦磨损不可避免地产生摩擦生热现象，导致磨损表面的温度要高于环境温度，使橡胶材料处于相对高温的热加速老化状态。论文分析了丁腈橡胶在热加速老化环境下的老化反应机理，即交联反应和热降解反应。通过实验验证热老化条件对丁腈橡胶的机械性能产生非常明显的影响，进而对丁腈橡胶摩擦学性能产生显著的影响。热加速老化使丁橡胶机械性能恶化，最终导致其摩擦学性能发生改变，摩擦系数、行程质量磨损率和表面粗糙度基本呈现随热加速老化温度和时间的增加而增大。通过观察丁腈橡胶的磨损形貌，其磨损特征符合疲劳粘着磨损机理特征。　　根据丁腈橡胶轴承材料在纯水环境下的摩擦磨损机理，提出了摩擦功磨损机理，并建立了丁腈橡胶的磨损量与载荷、转速、老化时间和温度之间的关系。丁腈橡胶的半经验磨损公式获得的磨损率与实验数据相吻合，检验了公式的可行性，可应用于预测船舶水润滑橡胶尾轴承的磨损寿命，为该类水润滑轴承的安全维护提供理论支持。
作者：	董从林
专业：	载运工具运用工程
导师：	袁成清
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文