详情

原文传递水润滑橡塑尾轴承制备及润滑特性研究

论文题名：	水润滑橡塑尾轴承制备及润滑特性研究
关键词：	水润滑橡塑尾轴承;机器视觉;表面形貌;润滑特性
摘要：	以橡胶为基体的橡塑共混胶料，因其优良的物理机械性能、自润滑、抗冲击性，以及较高的承载能力等，已经引起了船舶行业的广泛重视。针对目前大部分船舶水润滑尾轴承材料主要依赖于从国外进口，关键核心技术被严格封锁，且尚缺少水润滑橡塑尾轴承润滑机理方面的理论知识体系。因此，本课题以橡塑（丁腈橡胶/UHMWPE）尾轴承材料，和普通橡胶尾轴承材料（丁腈橡胶）为研究对象，在水润滑尾轴承试验平台上开展不同润滑条件下的模拟试验。研究了比压、转速、温度以及润滑水量等对其摩擦学性能和振动的影响：对比分析各工况条件下摩擦系数和振动特性的变化规律，综合运用SEM扫描电镜、共聚焦显微镜、表面形貌仪，以及高速摄影机等测试分析手段，深入探讨了水润滑尾轴承材料的润滑机理，以期为新轴承材料的研制试验研究提供参考。　　本论文的主要研究成果、结论以及创新点如下。　　（1）根据橡塑共混理论，在丁腈橡胶基础配方和工艺的基础之上，制备出了SPB-N和SPN两种水润滑橡胶尾轴承材料：胶料的硫化温度160～170℃，压力3 MPa，硫化时间30 min，其力学性能指标均在中国船标CB/T796-2008规定的范围内，且拉伸强度、扯断伸长率、硬度，以及浸蒸馏水体积变化率也满足美国海军军标MIL-DTL1790/C（SH）的要求。由激光共聚焦显微镜和SEM图分析可知，SPB-N和SPN都存在着多相和多重结构。由两种材料的傅里叶红外光谱分析可知：两种材料的主要成分仍主要是丁腈橡胶，但部分发生了改性。而共混在一起的UHMWPE则主要以颗粒状的物理形态镶嵌在丁腈橡胶中。　　（2）在材料制备的基础之上，系统研究了比压和转速对水润滑尾轴承材料的润滑特性的影响规律，揭示了橡塑尾轴承材料润滑机理。研究表明由于UHMWPE的加入，与SPN相比，SPB-N水润滑橡胶尾轴承试块表现出较好的摩擦学特性，低速性能更为优异。SPB-N中的 UHMWPE与橡胶基体形成了无数个NUG网络结构。该结构不但具有自润滑耐磨性能而且起到了一定的支撑作用，增加了名义上的接触面积，降低了局部比压，极大程度地降低了摩擦磨损。　　（3）为进一步研究水润滑橡塑尾轴承的润滑特性与振动的相关性，结合B&K加速度传感器，利用高速摄影机对水润滑橡塑尾轴承试块进行跟踪测量，分析了轴承内衬材料不同润滑条件下的摩擦振动。试验结果表明：水润滑条件下轴承试块振幅的变化范围为0.25～0.95 mm；半干摩擦的变化范围为0.27～1.7 mm；而干摩擦的变化范围则为0.9～5 mm。轴承试块的频率均在2 kHz之内。水润滑条件下，轴承试块在任何转速下均没有发生噪声现象，但均有明显变形，因此说明轴承试块的润滑状态在水润滑条件下均为混合润滑。　　（4）综合水润滑橡塑尾轴承的润滑机理以及振动特性的研究结论，采用SPB-N水润滑橡塑尾轴承全副轴承在水润滑尾轴承试验平台上进行摩擦振动试验，以进一步揭示润滑特性对系统摩擦振动的影响机理。试验结果表明：摩擦系数随着转速的升高，逐渐降低至趋于平稳；随着比压的增大而逐渐减小；随着温度的提高而逐渐增大。其摩擦系数在美国军标规定的范围之内。速度变化的负斜率较小，使粘-滑现象发生的概率更低。SPB-N水润滑橡塑尾轴承发生粘-滑现象时的振动噪声可以分为高频的尖叫和低频的颤振：尖叫的频段为920～1834 Hz，加速度振幅值0.5～5.1 mm/s2，位移幅值10～137 pm；产生颤振的频段在400 Hz，加速度振幅值0.6～10.2 mm/s2，位移振幅值0.16～2.2 nm。其最大局部比压为0.7 MPa，此时的线速度为0.27 m/s。SPB-N水润滑橡塑尾轴承的润滑状态曲线的边界润滑趋向左靠，混合润滑区的负斜率很陡，说明该材料的摩擦性能优异。
作者：	闫志敏
专业：	载运工具运用工程
导师：	周新聪
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