高速寶石軸承摩擦學(xué)性能試驗研究.pdf

1、樞軸寶石軸承因其結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，摩擦功耗低等優(yōu)點，大量應(yīng)用于各類儀器儀表中；近年來，寶石軸承更是廣泛用作高速轉(zhuǎn)子的支承件，如立式儲能飛輪系統(tǒng)的下支承等。高速化向樞軸寶石軸承的磨損壽命問題提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此研究高速樞軸寶石軸承的摩擦磨損特性，以尋求提高寶石軸承耐磨性能的途徑，變得十分迫切而有意義。
　　 本文采用試驗手段，研究添加劑復(fù)配對高速寶石軸承摩擦學(xué)性能的影響，其主要過程和得出的結(jié)論如下：
　　 1)在MM-W1

2、A型立式萬能摩擦磨損試驗機上利用球/盤摩擦副，在200N和400N兩種載荷下，評定了幾種經(jīng)典摩擦改進(jìn)劑(FM)和極壓抗磨劑(EP/AW)對Al2O3/GCr15摩擦副的減摩抗磨性能，選出了減摩抗磨效果較好的FM二異丙基亞磷酸鹽(T451)，EP/AW磷硫酸含氮衍生物(T305)，無灰有機膦酸胺鹽(KT139)和超堿值磺酸鈣(KT5447)；
　　 2)利用球/盤摩擦副進(jìn)行了T451和T305復(fù)配對Al2O3/GCr15摩擦副的協(xié)

3、同減摩抗磨效應(yīng)研究。研究結(jié)果表明，T451和T305復(fù)配對GCr15/Al2O3摩擦副在200N和400N載荷下均表現(xiàn)出協(xié)同減摩抗磨效應(yīng)。限于本文試驗的數(shù)據(jù)，2.5wt％T451+1.2wt％T305的復(fù)配組合在載荷為200N時對Al2O3/GCr15摩擦副具有最有效的協(xié)同減摩抗磨效果；1.2wt％T305+1.5wt％T451在載荷為400N時減摩抗磨效果最好。鋼球磨損表面的SEM照片顯示在低載荷和高載荷時，鋼球磨損表而主要的磨損形式

4、都是梨溝、剝落和腐蝕。在載荷為200N時，EDS分析結(jié)果表明T451和T305復(fù)配產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)可歸因于在鋼球表面形成了含有硫、磷的保護膜。在載荷為400N時，鋼球磨損表面元素硫、磷的原子含量百分比過低，無法作為參考來分析其添加劑摩擦化學(xué)反應(yīng)機理。
　　 3)利用球/盤摩擦副進(jìn)行了T451和KT139復(fù)配對Al2O3/GCr15摩擦副的協(xié)同減摩抗磨效應(yīng)研究。結(jié)果表明，T451和KT139復(fù)配對GCr15/Al2O3陶瓷副在200N

5、和400N載荷下均表現(xiàn)出協(xié)同減摩抗磨效應(yīng)。僅限本文獲得的試驗數(shù)據(jù)，在載荷為200N時，具有最有效協(xié)同效應(yīng)的組合是2wt％T451+2wt％KT139；在載荷為400N時，1wt％KT139+3wt％T451對GCr15/Al2O3陶瓷副具有最有效的協(xié)同減摩抗磨效果。鋼球磨損表面的SEM照片顯示，在低載荷200N和高載荷400N時，梨溝、剝落和腐蝕是主要磨損形式。EDS分析表明，T451和KT139復(fù)配產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)可歸因于磨損表面形成含磷

6、和硫的保護膜。
　　 4)利用球/盤摩擦副進(jìn)行了T451和KT5447復(fù)配對Al2O3/GCr15摩擦副的協(xié)同減摩抗磨效應(yīng)研究。結(jié)果表明，T451和KT5447復(fù)配對GCr15/Al2O3摩擦副在200N和400N載荷下均表現(xiàn)出協(xié)同減摩抗磨效應(yīng)。僅限于獲得的試驗數(shù)據(jù)，載荷為200N時最有效的復(fù)配方案為2wt％T451+2wt％KT5447；載荷為400N時，最有效的復(fù)配方案為1wt％T451+3wt％KT5447。鋼球磨損表面S

7、EM照片顯示，在載荷為200N和400N時，鋼球磨損表面主要磨損形式都是犁溝、點蝕、剝落和腐蝕。鋼球磨損表面的EDS分析結(jié)果表明復(fù)配體系的協(xié)同減摩抗磨效應(yīng)可以歸因于在鋼球表面形成了含磷、硫元素的保護膜。
　　 5)在高速寶石軸承臺架試驗臺上對添加劑復(fù)配試樣試驗的結(jié)果進(jìn)行了驗證。高速寶石軸承臺架試驗結(jié)果表明，在載荷為20N，轉(zhuǎn)速為51000rpm的工況下，1.5％T451+1.2％T305，3％T451+1％KT139和1％T45

8、1+3％KT5447三種復(fù)配方案，都表現(xiàn)出比1％T306更好的抗磨效果，其中以3％T451+1％KT139對樞軸寶石軸承抗磨效果最佳。樞軸磨損表面的SEM照片顯示，樞軸的主要磨損形式是梨溝、點蝕和塑性變形。樞軸磨損表面EDS分析表明，3％T451+1％KT139對樞軸寶石軸承的較好的抗磨效果，可以歸因于在樞軸磨損表面形成了均勻而較為致密的含磷、硫的保護膜。
　　 FM和EP/AW復(fù)配對高速寶石軸承產(chǎn)生了協(xié)同減摩抗磨效應(yīng)，提升了其