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滑动轴承是机械设备工业中一种重要基础零件,传统的滑动轴承主要以油或油脂作为润滑介质将旋转的轴与固定的机架(座)分隔开,以达到减小摩擦的作用,是一种工作在滑动摩擦下的轴承。由于水具有无污染、来源广泛、绿色环保、安全、不易燃等特性,成为未来滑动轴承研究的重要润滑介质,以水为润滑介质的轴承也成绿色科学研究的重要对象。目前的水润滑轴承的材料主要有橡胶、UHMW-PE、尼龙、赛龙等,国内学者主要偏重于对橡胶轴承和塑料(UHMW-PE、尼龙)轴承的研究,国外对赛龙轴承的材料进行了工程应用和摩擦学的研究,但对赛龙轴承的摩擦磨损特性研究尚不完善。本文依托国务院专项(DY105-03-02)的子项目——深潜硬管提升电泵、软管输送泵及其潜水电机的研制(硬管提升泵润滑部分)作为研究平台,通过构建滑动轴承的摩擦磨损试验系统,利用虚拟仪器、微纳扫描测量仪等工具,对赛龙轴承的摩擦磨损特性进行定性或半定量的探讨。
本文按基于轴向和径向载荷的水润滑轴承的研究要求,对MS-800A四球摩擦试验机的摩擦块系统和测试控制系统进行改造,引入虚拟仪器和以图形化的编程语言LabVIEW 为核心,设计并构建了基于轴向和径向载荷的滑动轴承摩擦磨损试验系统。系统可对实验数据(摩擦力、温度、转速)进行实时采样、显示、储存;对系统参数(转速、运行时间、辅助系统的开关)实行控制;对实验数据进行回放、功率谱密度、自相关分析,该系统稳定、可靠、操作方便。
论文利用基于轴向和径向载荷滑动轴承摩擦磨损试验系统对水润滑赛龙轴承进行摩擦磨损实验研究,并从经典的润滑理论出发,推导出了水润滑赛龙轴承的润滑机理。一方面,根据流体力学理论,结合弹性力学和赛龙材料的吸水性、高弹性的特征,分析了水润滑赛龙轴承的润滑处于弹性流体动力润滑的特性;另一方面,在不同时间、不同润滑介质下,对赛龙轴承进行摩擦磨损实验,并通过AFM(原子力显微镜)对磨损前后表面进行观察,给出了其在各种工况条件下的表面粗糙度,半定量地研究了赛龙轴承的摩擦磨损特性。
该课题的完成不但为深潜硬管提升电泵的成功研发提供理论和实验数据支持,同时还开发了一套基于轴向和径向载荷的滑动轴承摩擦磨损试验系统,进一步拓展了特种材料的滑动轴承研究,促进了摩擦学测试技术的发展。