水潤(rùn)滑橡膠軸承材料的摩擦磨損機(jī)理及磨損壽命預(yù)測(cè)研究.pdf

1、尾軸承是船舶推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部和外部動(dòng)力交換的重要支撐部件，其工作可靠性和使用壽命直接影響船舶的航行安全、運(yùn)營(yíng)性能和成本。橡膠尾軸承是目前應(yīng)用比較廣泛的水潤(rùn)滑尾軸承，使用過(guò)程中磨損問(wèn)題突出，然而橡膠尾軸承的摩擦磨損機(jī)理以及磨損壽命預(yù)測(cè)缺乏系統(tǒng)研究。本文為揭示船舶水潤(rùn)滑尾軸承橡膠內(nèi)襯材料的失效機(jī)理和磨損壽命，以典型的水潤(rùn)滑尾軸承丁腈橡膠材料為研究對(duì)象，在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上開(kāi)展不同苛刻工況下的模擬實(shí)驗(yàn)，研究載荷、滑動(dòng)速度、含沙水質(zhì)、加速熱老化時(shí)間和

2、溫度對(duì)其摩擦學(xué)性能的影響，對(duì)比分析摩擦系數(shù)、質(zhì)量磨損率、體積磨損率和表面粗糙度等典型參數(shù)的變化規(guī)律，綜合運(yùn)用電子掃描顯微鏡、超景深顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡等多種分析手段探討了磨損過(guò)程中丁腈橡膠試樣表面的磨損特征和生成的磨粒特征，并分析磨損機(jī)理。通過(guò)研究丁腈橡膠銷(xiāo)與不銹鋼盤(pán)之間的摩擦磨損機(jī)理，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了丁腈橡膠半經(jīng)驗(yàn)?zāi)p公式，并用其預(yù)測(cè)丁腈橡膠尾軸承的磨損使用壽命。
　　首先，論文系統(tǒng)研究了載荷、滑動(dòng)速度兩個(gè)重要參數(shù)對(duì)尾軸

3、承丁腈橡膠內(nèi)襯材料的摩擦磨損性能（摩擦系數(shù)、表面粗糙度、質(zhì)量磨損率和行程質(zhì)量磨損率）的影響規(guī)律；通過(guò)對(duì)丁腈橡膠磨損表面和磨粒的考察，深入分析了摩擦副之間摩擦力的形成；進(jìn)而探討丁腈橡膠磨粒的形成過(guò)程。結(jié)果表明，丁腈橡膠與不銹鋼盤(pán)之間以粘附摩擦力和滯后摩擦力為主；低速高載下，摩擦副之間主要以磨料磨損為主；高速輕載下，摩擦副之間主要以疲勞磨損為主。
　　我國(guó)是一個(gè)多沙河流國(guó)家，含沙水環(huán)境下橡膠尾軸承與尾軸之間的摩擦學(xué)問(wèn)題日益突出，文章深

4、入研究了含沙水質(zhì)對(duì)尾軸承橡膠內(nèi)襯材料的摩擦磨損性能的影響。分析了滑動(dòng)速度、載荷和沙子含量對(duì)摩擦系數(shù)、磨損量和表面粗糙度的影響規(guī)律，并討論了其磨損過(guò)程。摩擦副之間的潤(rùn)滑水膜厚度與沙子顆粒直徑之間的關(guān)系影響其摩擦磨損狀態(tài)，潤(rùn)滑水膜厚度大于沙子顆粒的直徑時(shí)，摩擦副處于較好潤(rùn)滑狀況；當(dāng)潤(rùn)滑水膜厚度小于沙子顆粒的直徑時(shí)，摩擦副之間的磨料磨損將極大地加劇。
　　橡膠尾軸承內(nèi)襯材料表面在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因摩擦磨損不可避免地產(chǎn)生摩擦生熱現(xiàn)象，導(dǎo)致磨損表

5、面的溫度要高于環(huán)境溫度，使橡膠材料處于相對(duì)高溫的熱加速老化狀態(tài)。論文分析了丁腈橡膠在熱加速老化環(huán)境下的老化反應(yīng)機(jī)理，即交聯(lián)反應(yīng)和熱降解反應(yīng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證熱老化條件對(duì)丁腈橡膠的機(jī)械性能產(chǎn)生非常明顯的影響，進(jìn)而對(duì)丁腈橡膠摩擦學(xué)性能產(chǎn)生顯著的影響。熱加速老化使丁橡膠機(jī)械性能惡化，最終導(dǎo)致其摩擦學(xué)性能發(fā)生改變，摩擦系數(shù)、行程質(zhì)量磨損率和表面粗糙度基本呈現(xiàn)隨熱加速老化溫度和時(shí)間的增加而增大。通過(guò)觀察丁腈橡膠的磨損形貌，其磨損特征符合疲勞粘著磨損機(jī)