圆弧槽局部织构化推力轴承摩擦学性能研究

作     者：周加鹏 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：纪敬虎

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：表面织构技术 推力轴承 局部圆弧槽织构 承载力 摩擦学特性 

摘      要：推力轴承作为一种重要的机械零部件,其工作性能的优劣对机械设备的工作效率和安全性有着显著影响。推力轴承在服役过程中,特别是在苛刻工况下,轴承表面得不到有效润滑,导致摩擦剧烈,易发生磨、烧瓦问题。为有效改善推力轴承表面的摩擦学特性、延长其使用寿命,本课题将表面织构化技术应用于推力轴承,在扇形瓦表面入口区制备圆弧槽织构。通过理论分析和试验相结合的方法,研究圆弧槽织构几何参数对推力轴承油膜承载力的影响规律,并探究其润滑减摩机理。首先,依据推力轴承几何结构特点和服役条件,基于质量守恒空化边界条件,建立圆弧槽局部织构化推力轴承润滑理论模型。采用多重网格法求解润滑油膜膜压分布和承载力,并据此分析圆弧槽织构几何参数和分布规律对油膜承载力的影响规律。研究结果表明:在推力轴承扇形瓦的入口区设置局部圆弧槽织构,在沿运动方向上形成了收敛的楔形间隙,从而使油膜产生额外的承载能力,其作用类似于Reyleigh阶梯轴承和可倾瓦推力轴承。通过优化圆弧槽织构的几何参数和分布规律,能有效提高轴承表面的油膜承载力。其次,为主动设计局部圆弧槽织构,以45钢材料为靶材,系统开展局部圆弧槽织构激光成形工艺性试验研究,分析激光加工参数对圆弧槽织构深度、宽度及加工质量的影响规律。研究发现:电流、扫描速度、重复频率、重复次数均对织构深度、宽度及加工质量产生不同程度的影响,合理选择激光加工参数能实现高质量圆弧槽织构的加工。最后,依据前期激光工艺性试验结果,在止推圈试样表面制备不同尺寸参数的局部圆弧槽织构。结合推力轴承实际工作情况,在MMW-1A摩擦磨损试验机上开展旋转式摩擦学试验,探究不同工况条件下局部圆弧槽织构几何参数对推力轴承表面润滑减摩性能的影响。结果表明:局部圆弧槽织构在不同接触压强和转速条件下减摩效果差异明显,存在最佳的织构几何参数使推力轴承表面摩擦系数降低27.3%。随着转速的增加,最优局部圆弧槽深度值有逐渐增大趋势。高转速条件下,局部圆弧槽织构的润滑减摩效果优于全部织构。本次研究工作不仅在理论研究方面具有一定的科学意义,而且对织构化推力轴承的工程应用具有较为积极的指导价值。