【摘 要】
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随着自润滑关节轴承应用范围的增加,服役工况越来越苛刻。循环载荷作为复杂多变的载荷之一对轴承的服役性能和使用寿命提出了挑战。聚四氟乙烯（PTFE）作为一种具有自润滑性能的高分子材料,广泛应用于轴承衬垫中。然而其在循环载荷条件下的摩擦磨损机理仍有待进一步研究。本文以石墨烯填充PTFE为例研究不同循环载荷下石墨烯对PTFE基复合材料摩擦学性能的影响及石墨烯的增强机理。首先采用溶液共混和冷压烧结等工艺制备
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随着自润滑关节轴承应用范围的增加,服役工况越来越苛刻。循环载荷作为复杂多变的载荷之一对轴承的服役性能和使用寿命提出了挑战。聚四氟乙烯（PTFE）作为一种具有自润滑性能的高分子材料,广泛应用于轴承衬垫中。然而其在循环载荷条件下的摩擦磨损机理仍有待进一步研究。本文以石墨烯填充PTFE为例研究不同循环载荷下石墨烯对PTFE基复合材料摩擦学性能的影响及石墨烯的增强机理。首先采用溶液共混和冷压烧结等工艺制备了少层和多层石墨烯含量分别为0.32wt.%、0.5wt.%和0.96wt.%的PTFE/石墨烯复合材料样件。然后分别采用UMT-3摩擦磨损试验机和GFM轮廓仪测量循环载荷条件下PTFE/石墨烯复合材料摩擦系数和磨痕形貌。通过对比循环载荷值,石墨烯添加比例和石墨烯层数,分析了石墨烯对PTFE/石墨烯复合材料摩擦学性能的影响。根据摩擦试验工况,基于Materials Studio分子模拟软件建立含有三层和五层石墨烯的PTFE/石墨烯复合材料的摩擦模型。通过改变石墨烯在复合材料中的分布方式,使石墨烯在PTFE中处于顶部、中间和底部,倾斜45°和90°。对摩擦模型施加循环载荷,研究石墨烯分布方式对磨痕深度,摩擦过程及摩擦系数的影响机理。为实现细观与微观模拟的结合,本文基于ANSYS建立XRA12型自润滑关节轴承模型,分析轴承摆动过程中衬垫材料的应力分布。通过Materials Studio软件建立纯PTFE及含单层、三层和五层石墨烯的PTFE/石墨烯复合材料的摩擦模型,以模拟轴承内外圈与衬垫材料间的摩擦过程。通过分析摩擦系数、回转半径、系统动能和石墨烯与PTFE间的相互作用能等参数,研究循环载荷对与PTFE及PTFE/石墨烯复合材料摩擦学性能的影响。
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