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滚动轴承是机械行业应用较广泛的重要零部件,具有“转动力矩小、摩擦阻力小、寿命长”等优点。但随着现代工业技术的不断发展,人们把机械应用领域的眼光逐步投向了众多极端的特殊工况,这使得采用传统油润滑和脂润滑的滚动轴承无法再满足这些极端领域的性能要求。现阶段日益发展的织构表面固体润滑技术为解决滚动轴承特殊工况的润滑问题提供了一种有效手段。因此,本文将固体润滑技术与激光表面织构化技术相结合,系统地开展了滚动轴承摩擦副织构表面固体润滑性能研究。
首先,本文选择圆柱滚子轴承作为研究对象,根据Hertz接触理论将圆柱滚动体与滚道的接触简化为圆柱滚动体与平面的接触,并基于Voigt模型分析了固体润滑剂与金属基体的结构特点和结合形式,推导了固体润滑织构表面等效弹性模量和泊松比的计算公式。然后,结合固体润滑剂在微凹坑内的镶嵌要求,采用“单脉冲同点间隔多次”激光表面织构化工艺,研究了轴承钢表面激光织构化参数对微凹坑形貌的影响规律。再次,以二硫化钼、聚酰亚胺、AB胶为填充材料,进行了多种压填工艺的方法研究,并以单凹坑填充率及织构面微凹坑整体填充率为衡量指标比较了不同工艺的填充效果。针对较好填充效果的复合固体润滑剂,又选用了各自的不同配方比例进行了填充,并在摩擦磨损试验机上研究了多种工况下复合固体润滑剂的润滑性能。最后,在MMW-1A万能摩擦磨损试验机上进行了织构表面固体润滑的滚动摩擦试验,研究分析了滚压工艺填充的轴承钢织构表面的摩擦特性,不同织构密度表面及不同工况下热压PI/MoS2复合固体润滑剂的摩擦学性能的影响。
研究结果表明:压填工艺以填充复合固体润滑材料的热压固化法和冷压凝固法的填充效果较好,其中热压固化法的较佳润滑配方比例是聚酰亚胺的质量分数为20%,冷压凝固法的较佳润滑配方比例是二硫化钼的质量分数为50%;织构表面固体润滑技术能有效改善表面润滑摩擦性能,且不同织构密度对材料表面减摩效果的程度不一样,以织构密度19.6%的减摩效果较好;在试验工况参数范围内,固体润滑织构表面的摩擦系数随着载荷、转速的变大均减小,由此也表明了织构表面固体润滑技术在重载、高速的工况下具有很好的应用情景。