纤维材质对UHMWPE水润滑轴承复合材料摩擦学性能的影响

超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE)在水润滑轴承领域具有巨大的发展潜力,然而单一的UHMWPE难以满足水润滑轴承的耐磨性需求,尤其是在低速重载工况下.通过纤维改性的方法可以提高其摩擦学性能,但是纤维材质的不同特性对于复合材料摩擦学性能的影响存在差异.通过热压模具分别制备剑麻纤维(Sisal fiber,SF)、碳纤维(Carbon fiber,CF)和聚酯纤维(Polyester fiber,PETF)与UHMWPE混合的定向纤维复合材料,并与纯UHMWPE做对照试验.利用R-tec往复摩擦试验机模拟不同载荷(5和10 N)和不同速度(20、40和60 mm/s)下铜球与不同复合材料的摩擦过程,通过邵氏硬度和极限抗弯强度试验对复合材料力学性能进行表征测试,采用接触角测试复合材料的浸润性,试验结束后用扫描电子显微镜观察表面磨损形貌.结果表明:纤维的力学性能,尤其是硬度和抗弯强度是影响定向纤维复合材料摩擦学性能的关键因素,所添加纤维在复合材料中强有力的支撑作用使摩擦学性能显著提高,纤维的耐磨性和浸润性是次要因素.试验工况下,CF/UHMWPE摩擦系数最低,且在低速重载(载荷10 N,速度20 mm/s)时的摩擦系数与纯UHMWPE相比降低了36.92%;添加耐磨性强的PETF纤维后,复合材料磨损体积与纯UHMWPE相比降低了30.56%.

水润滑轴承用聚合物复合材料的摩擦学研究进展

聚合物复合材料因其优异的自润滑、高化学稳定性和减振降噪等特性而备受关注。以水作为工作介质的水润滑轴承具有环境友好、维护成本低及结构设计简单等特点,已被广泛应用于船舶、水电和化工等领域。首先总结了水润滑轴承用聚合物复合材料特性,归纳了聚合物复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能及磨损机制,介绍了提高聚合物复合材料摩擦学性能的常规方法,并进一步探讨了材料内部结构、摩擦界面微观结构与材料宏观摩擦学特性的内在关联。指出促进水润滑聚合物-金属配副摩擦界面原位生长固体润滑特性转移膜,可弥补水膜润滑能力不足、显著提高配副的摩擦学性能,深入研究水润滑状态下复合材料的微观摩擦磨损机制,对于理解水润滑配副的摩擦学机理有重要的意义。

不同载荷下水润滑高分子材料磨损机制的试验研究

为了研究载荷对新型水润滑高分子轴承材料磨损机制的影响,在CFT-1型摩擦磨损试验机上对该材料进行不同载荷下的无/有水润滑摩擦磨损试验,通过考察试样的摩擦因数、磨痕和磨损表面形貌,分析该材料的磨损机制。结果表明:在无水润滑条件下,该材料的摩擦因数随着载荷的增加呈现先降低后逐渐上升的变化趋势,磨损表面均出现塑性变形和撕裂脱落现象,磨损机制主要为黏着磨损,其中随着载荷的增大表面塑性变形趋于严重,而表面撕裂脱落在中等载荷下较为轻微,在低载荷和高载荷下较为严重;在水润滑条件下,该材料的摩擦因数随着载荷的增加也呈现出先下降低后急剧上升的趋势,磨损表面未发生塑性变形和撕裂脱落,但出现脱落的磨粒和犁沟,磨损机制主要为磨粒磨损,其中在中等载荷下,表面脱落的磨粒少、犁沟细小而浅,在低载荷和高载荷下表面脱落的磨粒多、犁沟深。

ACM高分子材料水润滑推力轴承性能试验研究

船舶水润滑推力轴承以水代油作为润滑介质,有助于提高轴承机械效率、减少滑油污染。在水润滑推力轴承试验台上,开展ACM高分子材料推力轴承性能试验研究,探讨在不同试验工况下推力瓦端面摩擦系数、温度、水膜压力随轴承载荷、轴转速的变化趋势。研究表明:ACM推力瓦的摩擦系数为0.01～0.18,单位时间磨损量为0.383μm/h;最高温度为42℃,出现在靠近推力瓦外径和出水边的位置;最大水膜压力为1.6 MPa,且水膜压力随轴转速的升高而下降,随轴向载荷的增加而升高。

衬层材料参数对水润滑夹心轴承静态性能的影响

在特定工况(转速、偏心率等)对水润滑夹心轴承润滑特性影响的基础上,针对双衬层水润滑轴承材料开展研究,建立单向、双向流固耦合动力学模型并比较两者对轴承产生的影响;探究弹性模量、泊松比对轴承承载、水膜压力、衬层变形等静态性能参数的影响规律,揭示流固耦合作用下双衬层水润滑轴承静态性能的变化机制。研究结果表明:随着衬层材料参数的变化,水润滑轴承固体域的静态性能发生较大的变化,流体区域的性能不发生显著的变化。研究结果丰富了双衬层水润滑轴承材料的选择范围,为轴承材料选择提供一定理论依据。

橡胶材料在水润滑轴承中的应用现状及展望

分析橡胶材料在水润滑轴承中的作用机理,介绍天然橡胶、丁腈橡胶、橡胶合金材料和聚氨酯在水润滑轴承中的应用现状,指出对橡胶材料的研究是开发高性能水润滑轴承的重要方向,振动和噪声是水润滑轴承亟需解决的关键问题,今后还需对橡胶材料的亲水性、耐磨性、界面活化技术和制造工艺等进行深入研究。

刚柔异相水润滑轴承复合材料优化设计研究

针对传统水润滑轴承内衬材料结构单一导致的力学性能受限问题,研究一种刚柔异相复合仿生材料。该材料的基体为柔性材料,中间镶嵌刚性纤维,将其作为水润滑轴承内衬材料,以获得更好的力学性能。由于复合仿生材料具有结构对称性,因此采用有限元分析软件Abaqus对整个结构中一个体积单元进行仿真计算。对比分析无纤维和有纤维的体积单元的承载性能,以及同一个纤维结构下,不同纤维螺旋角度和纤维半径对材料承载性能的影响,得到最佳的刚柔两相比例。研究结果表明,柔性基体对于纤维结构具有支撑保护作用,纤维螺旋角度大小和纤维半径需要根据材料的性能要求进行选择。为了体积单元的力学性能表现最好,需要选择最优体积单元刚柔两相比例。同一载荷条件下,纤维螺旋角度30°、纤维半径0.6 mm的体积单元力学性能最优。研究结果表明,刚柔异相的纤维结构复合材料相较于传统的水润滑轴承材料具有更优秀的力学性能。

橡塑双层复合材料水润滑轴承流固耦合分析

橡塑双层复合材料水润滑轴承综合了橡胶阻尼性好和塑料摩擦性能好的特点,是一种极具发展潜力的新型水润滑轴承,然而其润滑承载机制尚不明确。采用流固耦合仿真方法研究该种轴承在不同载荷、轴瓦厚度和弹性模量下的轴瓦变形分布特点和规律。结果表明:轴瓦变形主要发生在橡胶层,橡胶层轴瓦变形影响塑料层轴瓦的形状,并使其整体发生移动;随载荷增大,轴瓦变形量增大,轴瓦刚度系数减小;随塑料层轴瓦厚度增大,轴瓦总变形量近似线性减小,轴瓦刚度系数增大;而塑料层轴瓦弹性模量的变化对轴瓦总变形和刚度系数影响相对较小。

改性尼龙水润滑轴承摩擦学性能试验研究

针对舰艇推进系统用水润滑轴承低噪声设计需求,研制改性尼龙(PA)的轴承材料及轴承样机,利用多功能摩擦磨损试验机对改性PA材料样品进行摩擦学性能试验,并与丁腈橡胶和赛龙SXL材料的摩擦学性能进行对比;在水润滑轴承试验台上开展PA轴承样机转速特性试验和载荷特性试验,获取不同比压和转速下摩擦因数和振动特性数据。研究结果表明:与丁腈橡胶和赛龙SXL材料相比,改性PA材料具有摩擦因数小、磨损率低的优点;低转速下,水润滑轴承摩擦因数随转速增大而减小,随比压增大而增大,转速增加至100 r/min后,摩擦因数变化趋势逐渐减缓;在工作转速范围内改性PA材料水润滑轴承无异常摩擦振动和噪声。研究结果为舰艇低噪声水润滑艉轴承设计提供参考。

基于仿生的水润滑尾轴承材料自润滑性能研究

水润滑尾轴承是船舶推进系统的重要支撑部件,其性能的优劣对船舶航行的快速性、安全性、隐蔽性、经济性等有着重要的影响。但是水润滑尾轴承在低速工作状态下难以保证其良好的润滑性和平稳性。从仿生学的角度,介绍仿生结构的应用现状。重点分析铁犁木的成分与表面微结构,探索其自润滑机制。初步制备基于铁犁木性能的仿生材料并进行简单的性能分析,以期在改善水润滑尾轴承的性能方面有更进一步的突破,为水润滑尾轴承的减磨以及润滑性能提升设计提供思路。

水润滑塑料合金轴承材料力学性能改性

为扩大塑料合金材料在水润滑领域的应用范围 ,从硫化体系、补强填充体系和软化增塑体系等方面选择适当的配方来提高其力学性能并通过实验分析了各体系对材料性能的影响并确定了各种填料的含量 ,改性后轴承材料部分力学性能可达到或超过美国国防部颁布的MIL B 1790 1(船舶 )军用标准。

美国舰艇水润滑尾轴承材料研究进展

针对美国舰艇尾轴承材料的发展现状及存在的问题,对美国Duramax公司生产的ROMOR I水润滑橡胶尾轴承的工作特点及摩擦磨损特性进行了研究分析。就目前美国对水润滑橡胶尾轴承振鸣音机理、振动特性以及影响因素等问题的研究,进行了深入剖析。最后介绍了美国海军军标MIL-DTL-17901C(SH)的内容规定。认为低噪声、低摩擦、长寿命等因素将指引整体式、表面光滑的新型橡胶轴承材料研发,且新材料的研制是尾轴承主要发展方向。

考虑粗糙度时不同衬层材料水润滑轴承润滑特性比较

以水润滑轴承为研究对象,考虑表面粗糙度的影响,针对丁腈橡胶(NBR)、赛龙、飞龙、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)4种新型非金属衬层材料建立润滑数学模型,并推导水膜厚度方程;采用有限差分法,研究考虑实际表面粗糙度时4种新型衬层材料的衬层变形、水膜厚度和水膜压力的变化规律,分析最大水膜压力和承载力随转速的变化,并与表面光滑轴承进行对比。结果表明:考虑表面粗糙度时水润滑轴承的衬层变形和水膜厚度均呈波状分布,衬层变形减小,最小水膜厚度变薄,而水膜压力有轻微的局部突变,最大水膜压力增大,承载力下降;4种材料的变形量和最小水膜厚度由大到小均依次是NBR、赛龙、飞龙、UHMWPE,水膜压力由大到小依次是UHMWPE、飞龙、赛龙、NBR。在相同工况下,NBR衬层材料比其他3种衬层材料相对容易形成润滑水膜,而UHMWPE衬层材料可以保证系统承受较大的承载力。研究结果对水润滑轴承材料选型和加工装配有一定的参考意义。

斜流泵水润滑轴承用新型复合材料的研制

针对斜流泵用赛龙轴承材料成本偏高的缺点,介绍了一种用MC尼龙和反应型橡胶弹性体改性制成的新型复合工程塑料,其性能完全满足斜流泵的技术要求,且制造成本显著降低,是赛龙轴承材料的理想替代品。

水润滑轴承的材料研究

根据多年来对水润滑轴承的研究和在泵结构中多年的应用经验,介绍了水润滑摩擦副的特点、水润滑轴承材料的磨损机理,以及水润滑轴承用的金属、塑料、陶瓷、木材、石墨及其他材料的特点、性能和应用范围,指出了水润滑轴承材料的使用原则和今后的研究方向,对水润滑轴承材料的工程应用和今后的研究具有普遍而重要的意义。

水凝胶/热塑性聚氨酯复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能

为提高水润滑轴承的承载能力,利用水凝胶在水润滑条件下的水合作用来改善热塑性聚氨酯(TPU)轴承材料的摩擦学性能。利用聚乙烯醇、海藻酸钠、壳聚糖等材料制备水凝胶颗粒,并通过熔融共混法制备水凝胶/TPU复合材料;在0.3和0.5 MPa的载荷下测试复合材料的摩擦磨损性能,利用激光干涉表面轮廓仪和扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌,分析其磨损机制。结果表明:水凝胶微粒可以通过水合润滑改善摩擦副的润滑条件,从而降低摩擦因数和磨损量,提高复合材料的摩擦性能;水凝胶质量分数4%时复合材料具有最佳的摩擦磨损性能,其在0.3和0.5 MPa工况下相对于TPU试样的平均摩擦因数减少率分别为52.31%和43.94%。研究结果为开发高性能水润滑轴承材料提供了一种方法。

极端工况下不同水润滑轴承材料摩擦磨损性能对比研究

在干摩擦工况下模拟水润滑膜严重破坏的极端情况,研究未经改性聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚醚醚酮(PEEK)3种材料在不同转速和载荷下的摩擦磨损性能。结果表明:干摩擦工况下UHMWPE材料具有优异的耐磨性和良好的自润滑性能,压力对摩擦因数影响比转速大;PTFE材料具有稳定的摩擦因数,压力和转速对摩擦因数影响明显,耐磨性较差;PEEK材料摩擦因数较大,且相对容易受转速和压力变化的影响,但具有良好的耐磨性能。综合分析,在极端工况下UHMWPE的适应能力最好,PEEK次之, PTFE最差。

水润滑轴承橡胶合金材料磨损性能试验研究

采用某型水润滑橡胶合金轴承的橡胶材料与不锈钢轴颈材料进行配副摩擦试验,试验在0.1 m/s和1 m/s的转速和27.6 kPa和100 kPa的比压以及干摩擦以及纯水、模拟海沙水、模拟海水润滑条件下进行,利用扫描电子显微镜观察分析橡胶材料表面磨损形貌,研究橡胶材料的在不同润滑条件下的磨损情况。结果表明:在不同载荷下,该橡胶合金材料具有较低的磨损率,耐磨性能优异;橡胶材料在不同的润滑条件下的摩擦磨损情况存在较大差异,该橡胶合金材料在海水中的抗磨损性能最好,在纯水中的抗磨损性能较差。

几种不同衬层材料水润滑轴承的润滑特性分析

以船舶水润滑轴承为研究对象,建立水润滑轴承双向流固耦合模型,采用有限元法研究偏心率为0. 6时,赛龙、飞龙、丁腈橡胶和超高分子聚乙烯4种不同衬层材料水润滑轴承的润滑特性。研究结果表明:转速一定时,4种衬层材料沿轴向和周向的衬层变形分布较为一致,其中丁腈橡胶衬层的变形最大; 4种衬层材料沿轴向和周向的压力分布趋势也较为一致,最大的压力值均出现在210°～270°之间,同时在270°～30°之间水膜压力波动较大。4种衬层材料的摩擦因数均随转速的增大呈现先增大后减小的趋势,其中丁腈橡胶的摩擦因数最大,超高分子聚乙烯的摩擦因数最小。

不同板层材料水润滑轴承力学性能有限元仿真

水润滑轴承材料对其润滑性能、工作可靠性和使用寿命有着重要影响。选取超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、赛龙、聚四氟乙烯(PTFE)3种轴承材料,探讨3种材料组成的板层次序、数量、厚度对水润滑轴承力学性能的影响。结果表明:3种板层材料组合后的力学性能要优于单一的材料;不同板层组合次序、不同板层数量、不同板层厚度均对水润滑轴承的力学性能有影响。