水潤(rùn)滑橡塑尾軸承制備及潤(rùn)滑特性研究.pdf

1、以橡膠為基體的橡塑共混膠料，因其優(yōu)良的物理機(jī)械性能、自潤(rùn)滑、抗沖擊性，以及較高的承載能力等，已經(jīng)引起了船舶行業(yè)的廣泛重視。針對(duì)目前大部分船舶水潤(rùn)滑尾軸承材料主要依賴于從國(guó)外進(jìn)口，關(guān)鍵核心技術(shù)被嚴(yán)格封鎖，且尚缺少水潤(rùn)滑橡塑尾軸承潤(rùn)滑機(jī)理方面的理論知識(shí)體系。因此，本課題以橡塑（丁腈橡膠/UHMWPE）尾軸承材料，和普通橡膠尾軸承材料（丁腈橡膠）為研究對(duì)象，在水潤(rùn)滑尾軸承試驗(yàn)平臺(tái)上開(kāi)展不同潤(rùn)滑條件下的模擬試驗(yàn)。研究了比壓、轉(zhuǎn)速、溫度以及潤(rùn)滑水

2、量等對(duì)其摩擦學(xué)性能和振動(dòng)的影響：對(duì)比分析各工況條件下摩擦系數(shù)和振動(dòng)特性的變化規(guī)律，綜合運(yùn)用SEM掃描電鏡、共聚焦顯微鏡、表面形貌儀，以及高速攝影機(jī)等測(cè)試分析手段，深入探討了水潤(rùn)滑尾軸承材料的潤(rùn)滑機(jī)理，以期為新軸承材料的研制試驗(yàn)研究提供參考。
　　本論文的主要研究成果、結(jié)論以及創(chuàng)新點(diǎn)如下。
　?。?）根據(jù)橡塑共混理論，在丁腈橡膠基礎(chǔ)配方和工藝的基礎(chǔ)之上，制備出了SPB-N和SPN兩種水潤(rùn)滑橡膠尾軸承材料：膠料的硫化溫度160～

3、170℃，壓力3 MPa，硫化時(shí)間30 min，其力學(xué)性能指標(biāo)均在中國(guó)船標(biāo)CB/T796-2008規(guī)定的范圍內(nèi)，且拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、硬度，以及浸蒸餾水體積變化率也滿足美國(guó)海軍軍標(biāo)MIL-DTL1790/C（SH）的要求。由激光共聚焦顯微鏡和SEM圖分析可知，SPB-N和SPN都存在著多相和多重結(jié)構(gòu)。由兩種材料的傅里葉紅外光譜分析可知：兩種材料的主要成分仍主要是丁腈橡膠，但部分發(fā)生了改性。而共混在一起的UHMWPE則主要以顆粒狀的物理

4、形態(tài)鑲嵌在丁腈橡膠中。
　?。?）在材料制備的基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)研究了比壓和轉(zhuǎn)速對(duì)水潤(rùn)滑尾軸承材料的潤(rùn)滑特性的影響規(guī)律，揭示了橡塑尾軸承材料潤(rùn)滑機(jī)理。研究表明由于UHMWPE的加入，與SPN相比，SPB-N水潤(rùn)滑橡膠尾軸承試塊表現(xiàn)出較好的摩擦學(xué)特性，低速性能更為優(yōu)異。SPB-N中的 UHMWPE與橡膠基體形成了無(wú)數(shù)個(gè)NUG網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不但具有自潤(rùn)滑耐磨性能而且起到了一定的支撐作用，增加了名義上的接觸面積，降低了局部比壓，極大程度地

5、降低了摩擦磨損。
　?。?）為進(jìn)一步研究水潤(rùn)滑橡塑尾軸承的潤(rùn)滑特性與振動(dòng)的相關(guān)性，結(jié)合B&K加速度傳感器，利用高速攝影機(jī)對(duì)水潤(rùn)滑橡塑尾軸承試塊進(jìn)行跟蹤測(cè)量，分析了軸承內(nèi)襯材料不同潤(rùn)滑條件下的摩擦振動(dòng)。試驗(yàn)結(jié)果表明：水潤(rùn)滑條件下軸承試塊振幅的變化范圍為0.25～0.95 mm；半干摩擦的變化范圍為0.27～1.7 mm；而干摩擦的變化范圍則為0.9～5 mm。軸承試塊的頻率均在2 kHz之內(nèi)。水潤(rùn)滑條件下，軸承試塊在任何轉(zhuǎn)速下均沒(méi)有

6、發(fā)生噪聲現(xiàn)象，但均有明顯變形，因此說(shuō)明軸承試塊的潤(rùn)滑狀態(tài)在水潤(rùn)滑條件下均為混合潤(rùn)滑。
　?。?）綜合水潤(rùn)滑橡塑尾軸承的潤(rùn)滑機(jī)理以及振動(dòng)特性的研究結(jié)論，采用SPB-N水潤(rùn)滑橡塑尾軸承全副軸承在水潤(rùn)滑尾軸承試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行摩擦振動(dòng)試驗(yàn)，以進(jìn)一步揭示潤(rùn)滑特性對(duì)系統(tǒng)摩擦振動(dòng)的影響機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明：摩擦系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸降低至趨于平穩(wěn)；隨著比壓的增大而逐漸減??；隨著溫度的提高而逐漸增大。其摩擦系數(shù)在美國(guó)軍標(biāo)規(guī)定的范圍之內(nèi)。速度變化的負(fù)

7、斜率較小，使粘-滑現(xiàn)象發(fā)生的概率更低。SPB-N水潤(rùn)滑橡塑尾軸承發(fā)生粘-滑現(xiàn)象時(shí)的振動(dòng)噪聲可以分為高頻的尖叫和低頻的顫振：尖叫的頻段為920～1834 Hz，加速度振幅值0.5～5.1 mm/s2，位移幅值10～137 pm；產(chǎn)生顫振的頻段在400 Hz，加速度振幅值0.6～10.2 mm/s2，位移振幅值0.16～2.2 nm。其最大局部比壓為0.7 MPa，此時(shí)的線速度為0.27 m/s。SPB-N水潤(rùn)滑橡塑尾軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)曲線的邊