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关键词： 机械密封   坡缕石润滑添加剂   摩擦磨损   润滑油   润滑机理  

摘要： 机械密封端面摩擦磨损是导致密封性能下降的关键因素。为提高机械系统的稳定性和延长使用寿命,研究减磨润滑与磨损修复具有重要意义。纳米润滑材料因其独特的结构特征和优异润滑功能而广泛应用于摩擦学领域,常用作高性能的润滑油添加剂。本文采用具有优秀的润滑修复性能的纳米材料作为润滑添加剂,研制出高性能润滑液,并将之应用于机械密封装置,研究端面上的摩擦磨损机理与减摩润滑性能。 选取润滑性能良好的坡缕石作为润滑添加剂,采用机械化学硅烷偶联法,以硅烷偶联剂KH550为改性剂,对坡缕石进行表面改性处理,制得纳米级硅烷改性坡缕石润滑添加剂,提升了其在有机溶液中的悬浮稳定性。通过TEM、SEM、FTIR与XRD等表征手段分析了硅烷改性坡缕石润滑添加剂的微观形貌和化学结构。表征结果表明:改性后的坡缕石由纤维状聚集体转变为类球形颗粒,具有将滑动摩擦转为滚动摩擦的能力,对减摩润滑效果有促进作用。将硅烷改性坡缕石添加于基础油PAO6中,通过分散性试验发现硅烷改性坡缕石在PAO6中的分散稳定性优异,提升了润滑体系的稳定性,腐蚀性试验证明坡缕石润滑添加剂无腐蚀性。 采用多功能摩擦磨损试验机,以销-盘为摩擦副,对不同添加剂浓度下的润滑油进行摩擦学试验,测量试验的摩擦系数与磨损量,对比分析其减摩润滑效果。研究表明,坡缕石润滑添加剂在PAO6中的最佳添加质量分数为2wt%,此时的摩擦系数和磨损量低,结合磨痕表征分析发现磨痕相对光滑,表面凹坑与犁沟较少,磨痕处出现油膜与坡缕石颗粒,结合元素分析发现表面存在少量Si、Mg和Al等元素,表明坡缕石润滑添加剂能够在摩擦副表面形成含有坡缕石的润滑膜,有助于保护摩擦副表面,对磨痕进行一定修复效果。 采用盘-盘的摩擦副以模拟机械密封装置,进行不同工况下的摩擦学性能试验,探究不同润滑介质、不同摩擦副材料下的摩擦磨损性能,结合扫描电镜和能谱分析对痕迹进行测试,分析润滑液的减摩润滑性能和减摩机理。结果表明,在Si C-YG6摩擦副中,硅烷改性坡缕石润滑添加剂能使基础油的摩擦系数和磨损质量分别降低15.4%和11.1%,在Si C-4Cr13摩擦副中分别降低24.7%和28.5%,表明坡缕石纳米材料能够提升润滑油的减磨耐磨性能。根据磨痕分析结果可知,坡缕石润滑液在磨痕处上发现含有O、Si和Mg等坡缕石特征元素,结合长时间试验的磨痕观测结果,表明坡缕石润滑添加剂具有明显的增强润滑性能和磨痕补偿修复性能。 根据机械密封的使用环境与特征尺寸,利用ANSYS有限元软件建立了机械密封分析模型,对比分析了添加坡缕石前后润滑油的性能。根据分析结果得出,添加硅烷改性坡缕石润滑液具有更佳散热性和粘度特征,其密封性能优于基础润滑油,端面温度、端面变形、泄漏率与摩擦功耗分别降低18.1%、13.4%、12.7%和20.11%。基于盘-盘摩擦副的摩擦学实验结果,建立油润滑下的犁沟分析模型,以探究润滑油的压力分布。结果表明,犁沟中心处的承载压力最大,分布均匀,对比分析可知,坡缕石添加剂使基础油的承载能力提升了11.3%,且承载能力随转速和压力的增大而升高。 搭建了机械密封性能试验平台,试验分析不同端面材料和密封润滑液下,密封端面上的温升、磨损量和泄漏率,并结合数值模拟结果进行对比。试验结果表明,坡缕石润滑添加剂能够有效减低机械密封端面的温升约12.8%,提高密封端面的稳定性,试验验证了密封端面的数值分析模型的准确性。 本文通过制备硅烷偶联坡缕石润滑添加剂,将之添加于润滑油制得坡缕石润滑液,通过摩擦磨损试验考察了其摩擦磨损性能。将润滑液应用于机械密封,提出了增强机械密封端面的减摩润滑性能和磨损修复的研究思路。可为摩擦学领域和机械密封的减摩润滑提供重要的理论基础,为提升机械密封端面可靠性和减摩方式提供了参考方法。

关键词： 离心摆式减振器   扭转振动   结构设计   磨损  

摘要： 动力传动系的扭转振动一直是汽车行业关注的重点内容,它直接影响到汽车平顺性和人们的驾乘体验。随着发动机的小型化以及增压化,传动系扭振问题更加严重,离心摆式减振器(Centrifugal Pendulum Absorber,简称CPA)在离心力作用下,能够对所有发动机转速范围的主阶振动进行有效隔振。 为探究搭载CPA的传动系扭振问题,通过搭建Simulink模型从时域和频域上对比分析了采用圆形、摆线型和外摆线型三种运动路径的CPA隔振效果,隔振效果最好的为外摆线型运动路径。然后基于传动系固有特性计算理论对比分析搭载普通DMF(Dual Mass Flywheel)和外摆线型离心摆式DMF的传动系固有频率和固有振型,搭载外摆线型离心摆式DMF的传动系发生共振的风险比普通DMF小。最后建立了搭载普通DMF和外摆线型离心摆式DMF的整车传动系动力学模型,从时域和频域上对传动系进行了扭振响应分析,得出在怠速和行驶工况下外摆线型离心摆DMF的隔振效果均好于普通DMF,以及对发动机主阶谐波分量产生的扭振隔振效果也好于普通DMF的结论,证明了本文所设计的CPA结构参数与该传动系匹配程度良好。 为提高CPA设计效率,减少重复繁琐的工作,在Solid Works软件中采用尺寸驱动法以及宏录制功能完成了CPA的参数化建模。根据VB编程语言完成界面设计,然后对CPA总成三维模型进行合理装配,最后根据工程图规范合理设计工程图纸模板,完成CPA总成2D图纸的输出。 为研究CPA关键零部件滚柱的磨损对CPA的冲击力与隔振性能的影响,基于ADAMS软件对比分析了滚柱磨损前后所受冲击力的大小。磨损前滚柱与弧形滑道之间的冲击力均方根值为80.89N,当汽车行驶里程为十六万公里,磨损深度为0.11mm,磨损后滚柱与弧形滑道之间的冲击力均方根值为95.87N,磨损后冲击力比磨损前大。因此可得出结论:滚柱发生磨损后会导致冲击力变大,容易对CPA造成损害,滚柱磨损量越大,冲击力越大,进而降低CPA的隔振性能。

关键词： 数控机床   滚动导轨副   精度保持性   滚柱滚动块   疲劳磨损  

摘要： 数控机床是高端制造业的基础装备,加工精度与精度保持性是高精度数控机床的核心性能。导轨副作为数控机床进给系统的关键部件,其几何精度及精度保持性直接影响机床的服役性能水平,而磨损是导致导轨副精度衰退的主要因素。 采用滚柱滚动块的滚动导轨副精度保持性相关研究数量较少,导轨副磨损模型往往因与实际不符而难以实现对衰退过程的准确预测。本文以某型号龙门式加工中心的床身导轨副为研究对象,从一体式铸铁导轨与滚柱滚动块之间的磨损行为出发,开展了滚动导轨副精度保持性预测方法的研究。本文主要研究内容如下: (1)建立基于微凸体群的滚动导轨副疲劳磨损模型。首先,根据滚动导轨副工况特点与表面形貌磨损痕迹,分析滚动导轨副的主导磨损机理;其次,借助表面检测手段,提出微凸体群的表征方法,建立微凸体群磨损几何模型,形成基于微凸体群的接触次数计算方法;进而,基于三维滚动接触理论提出滚动副相对滑动量的计算方法;而后,结合能量磨损理论提出首个疲劳周期的磨损体积、接触次数与摩擦疲劳指数计算方法,形成平均磨损当量计算方法;最后,根据疲劳磨损理论模型提出滚动导轨副疲劳磨损模型。 (2)提出基于磨损模型的滚动导轨副精度保持性预测方法。首先,确立滚动导轨副主要精度指标,完成误差溯源;其次,结合滚动导轨副疲劳磨损模型提出等效工况参数计算方法;进而,基于磨损模型提出滚动导轨副直线度与角误差预测方法、精度保持里程与精度保持时间估算方法以及精度保持度评价方法与预测方法;最后,给出滚动导轨副精度保持性预测方法应用案例。 (3)研制导轨副精度保持性试验台。首先,针对多种类导轨副变载荷精度保持性试验需求,分析试验台主要功能要求,形成总体方案;其次,确立试验台技术指标,开展试验台公差设计、结构部件强度设计与校核,完成机械系统设计;最后,进行PLC控制系统与检测系统开发,完成测控系统设计。 (4)开展滚动导轨副精度保持性预测方法的验证性试验。首先,针对试验试件、试验方案与试验步骤进行滚动导轨副精度保持性试验设计;其次,对试验数据进行处理,计算滚动导轨副精度保持性特征指标的试验值;最后,将试验数据与理论预测值进行对比分析,计算理论值于实际值的相对误差,证明滚动导轨副精度保持性预测方法的有效性。