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随着现代工业技术的发展,对滚动轴承适应苛刻工况的能力提出了越来越高的要求,流体润滑已经难以充分发挥润滑作用。而日益发展的微织构固体润滑技术为解决滚动轴承在特殊工况下的润滑问题提供了一种新的方法。本文通过激光表面淬火处理、激光微织构技术与复合固体润滑剂自润滑技术相结合,开展了滚动摩擦副的摩擦特性研究。 首先,本文将圆柱滚子轴承作为研究对象,将其接触结构简化为夹在两个半空间之间的无限长圆柱体的接触问题,在光滑表面沿素线相互接触时的趋近量的基础上,针对滚动轴承固体润滑织构表面的结构特点,结合Voigt模型推导了固体润滑织构表面的等效弹性模量和等效泊松比公式,进而推导了固体润滑织构表面沿素线相互接触时的趋近量的计算公式。然后,本文利用光纤激光器分别对45#钢和轴承钢(GCr15)表面进行激光淬火工艺试验研究,着重考察了激光扫描速度、激光功率对淬硬层宽度和深度的影响,结合现代检测手段对激光淬火处理后的显微组织形貌、硬度及其分布进行分析。利用二极管泵浦Nd∶ YAG激光加工机对轴承钢进行激光微织构工艺试验。考察了激光头到工件表面距离、脉冲重复次数及泵浦电流对微凹腔深度和直径的影响规律。提出微织构表面固体润滑剂的“超声波-热压”填充工艺,通过三维形貌仪的观测,与现有工艺的填充效果进行比较,实现了微织构固体润滑剂的有效填充。采用较佳的工艺参数在滚动轴承内圈滚动表面进行激光织构化,并填充固体润滑剂,考察填充效果。采用正交分析的方法,以摩擦系数为评价指标,优化了复合固体润滑剂的配方。通过SPSS统计分析求得非线性回归方程。利用摩擦磨损试验机考察了织构面复合固体润滑剂的摩擦性能,并与微织构干摩擦做了对比,研究了载荷和转速对摩擦系数的影响规律。 研究结果表明:激光淬火功率越大、扫描速度越低,淬硬层的宽度和深度就越大;淬硬层组织为针状马氏体,轴承钢激光淬火后的硬度比常规淬火提高了21%左右。随着激光头到工件表面距离的增大,微凹腔的深度与直径先增大后减小;随着脉冲重复次数的增加,微凹腔深度几乎呈线性增长,而直径略有下降;随着激光器泵浦电流的增大,微凹腔的直径与深度均相应增加。“超声波-热压法”填充工艺将单个微凹腔的填充率提高至98%,整个织构面的填充率接近100%。复合固体润滑剂的最佳配方为.:Gr、MoS2、PI=4∶1∶1,摩擦系数为0.02;在试验工况参数范围内,微织构固体润滑滚动摩擦系数随载荷、转速的增大呈减小趋势,且载荷对摩擦系数的影响大于转速的影响,同时也表明了微织构复合固体润滑技术在重载工况下能够发挥更好的减摩性能。