提高水润滑轴承承载能力关键技术研究

提高水润滑轴承承载能力关键技术研究 2005年6月农业机械第36卷第6期 提高水润滑轴承承载能力关键技术研究 彭晋民王家序 【摘要】水润滑轴承与传统的轴承在材料选择和润滑介质上存在较大的差异,其 承载能力因此也有所降低. 轴承材料改性是提高其承载能力的核心,通过试验分析了各种填料对扯断强度,定 伸强度和硬度的影响,确定了轴 承材料的基础配方,在此基础上利用纳米级ZnOw晶须的强化作用,大大提高了其 力学性能和摩擦学性能.材料改 性后制成的水润滑轴承承载能力可提高3O. 关键词:轴承水润滑承载纳米晶须 中图分类号:TH117.2l文献标识码:A 引言 水润滑轴承的逐步推广应用,不仅节省了大量 油料和贵重有色金属,而且简化了轴系结构,避免了 因油泄漏而污染水环境的状况. 水润滑轴承与传统的轴承在选择材料上存在较 大的差异,其主要原因是由于工作介质发生改变所 致,轴承材料和润滑介质的改变也导致其承载能力 降低.目前常用水润滑轴承总体特性为:承载能力 0.25,3.5MPa,工作速度0.25,35m/s,摩擦因数 0.01,O.18,使用寿命大于9000hc.针对水润滑 轴承的现有状况,作者在轴承材料改性方面进行了 研究,以提高其承载能力. 1试验条件 试验采用的轴承材料是重庆大学机械传动国家 重点实验室研制的BTG塑料合金材料,它以橡胶 材料为基体,加入了各种填充剂,促进剂.基材成分: 丁腈橡胶,陶土,ZnO,防老剂,石墨,硫黄,促进剂 等. 测试力学性能采用的试验设备及标准如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1所 示,每次试验取5个试验结果,去除最大值及最小值 之后取平均值,即为该次试验结果. 表1试验设备及标准 试样硫化温度170?,时间20min,硫化压强 0.39MPa.摩擦因数的测定在CSEM摩擦磨损 试验机上进行,摩擦副为45号钢和塑料合金(18 圆块状),润滑状态为水润滑,每次试验时间为 30min.进行摩擦因数试验时,轴速(轴线速度)为 2.5m/s,载荷150N. 2试验结果及分析 2.1扯断强度 考察补强剂,软化 将扯断强度作为考核指标, 剂,硫化剂对其影响.需要考察的因素和水平如表2 所示,选择L.(3)正交表,将,B因素放在1,2列, 忽略交互作用后因素c放在第3列,相应的计算结 果如表3所示. 表2扯断强度试验的因素和水平 表头设计ABc 列号 I—Ij/3 ?—Ij/3 I—Ij/3 对数据进行分析后可得:因素C(补强剂)3个 试验点的高低相差最大,对扯断强度的影响最大;而 软化剂和硫化剂对扯断强度的影响是次要的; 收稿日期;2003—11—1o 彭晋民福建工程学院机电及自动化工程系讲师,350014福州市 王家序重庆大学机械传动国家重点实验室教授博士生导师,400044重庆市 15O农业机械 C.AB为扯断强度最佳成分点.通过试验可得此成 分下塑料合金材料的扯断强度为12.16MPa. 2.2定伸应力和硬度 定伸应力和硬度都是表征塑料合金材料刚性 (刚度)的重要指标,两者均表征塑料合金产生一定 形变所需要的力.定伸应力与较大的拉伸形变有关, 而硬度则与小的压缩形变有关.两者的相关性较好, 各种因素对其影响的变化规律基本一致[3],所以将 两者一起讨论. 表4为各种添加剂的质量分数,分为3水平3 因素.选择L.(3)JE交表,相应计算结果如表5所示 (表中所检测的定伸强度均为300定伸强度). 表4定伸应力和硬度试验的因素和水平 试验结果得:HAF(高耐磨炭黑)3个试验点的 高低相差最大,对定伸强度的影响最大,而硬质陶土 和芳烃油对定伸强度的影响是次要的;A.BC.为定 伸强度最佳成分点,此成分下塑料合金材料定伸强 度为11.01MPa,硬度为79度(邵氏A). 以上两个试验中塑料合金获得最佳性能时的成 分配方就是基础配方.确定基础配方后,利用短纤维 增强技术将进一步提高材料的综合性能. 2.3ZnOw晶须的影响 ZnOw晶须外观为白色松软物质,具有独特立 体三维四针状显微结构,针状长度为5,200gm,根 部直径为0.1,10tLm,针尖部分达到纳米数量级 (如图1所示),具有纳米材料的众多优异特性. 在确定基础配方后,通过加入短纤维可进一步 提高塑料合金材料的力学性能和摩擦学性能.将 ZnOw分为3个水平加入,并且在同样工况下取一 个不加入ZnOw的对比试样,加入ZnOw后塑料合 金的性能见表6. 由试验结果看到,ZnOw的强化作用非常明显, 随着ZnOw含量的增大其扯断强度和定伸强度都 呈上升趋势,当加入量达到4时,扯断强度和定伸 图1ZnOw扫描隧道显微镜照片 表6加人ZnOw后塑料合金的性能 ZnOw加入量/ 试验项目—— 0246 (300)定伸强度/MPa 扯断强度/MPa 伸长率/% 硬度(邵氏A) 密度/g?cm 阿克隆磨耗/(cm1.61km 滑动摩擦因数 强度达到最大值,然后随加入量增大稍有下降.因此 加入量49/6可以作为最佳点,过多的加入量会破坏 基体的连续性,使其力学性能恶化[4].同时在加入量 为4时具有最高的"比强度",这也为制造更薄胶 层的轴承提供了材料保障. 2.4承载能力试验 在对水润滑轴承进行设计时,应对轴承的P, 值进行限制并作出PVT曲线,以分析三者之间的 关系,PVT曲线是判断水润滑轴承承载能力的重要 依据. 试验设备为MPV一20B型屏显式摩擦磨损试 验机,试验机由电机(13kW,2880r/min)拖动,油 泵加载,试验数据的采集与处理均由计算机自动完 成.试验机原理如图2所示. 图2MPV一20B型摩擦试验机原理图 1.加载系统2.主轴3.联轴器4.摩擦力矩测量系统 5.主轴电动机6.联轴器7.摩擦副 首先使试样固定在一定的比压下,禁止润滑剂 的流动,改变滑动速度同时限制轴承的温度得出曲 线.测试中从轴承内表面测量,并将工作温度强制限 制在75?,以避免材料水解.如果轴承内表面达到 第6期彭晋民等:提高水润滑轴承承载能力关键技术研究 设定温度,则试验停止并 记录工作时间T.试验结 果如图3所示.通过试验 可以看到,在比压达到 5.2MPa时,随着轴转速 的增大,轴承表面的塑料 合金温度急剧上升到水解 温度;而在载荷为 4.72MPa时,轴承表面温 度很难达到设定温度.因 此可得:轴承的承载能力 为4.72MPa,比改性前的 3.5MPal5提高3O. 120 100 80 厘60 譬 40 20 O 39152127 轴线速度/m?s一1 图3水润滑工况下 的PVT曲线 3结论 (1)优化基础配方并加入ZnOw晶须改性后的 轴承材料的力学性能和摩擦学性能大为改善.总体 性能为:扯断强度大于等于14MPa,扯断伸长率大 于等于350%,硬度(邵氏A)大于等于77,阿克隆磨 耗小于等于0.12(cm./1.61km),(300)定伸强度 大于等于13MPa.改性后轴承材料部分力学性能可 达到或超过美国MIL—B一17901B(船舶)军用标 准. (2)随着塑料合金综合性能的提高,水润滑塑料 合金轴承的承载能力也相应提高,最大承载能力可 达4.72MPa,比改性前提高3O. 参考文献 王优强,杨成仁.水润滑橡胶轴承研究进展.润滑与密封,2001(2):65,67 Nakata.Rubberbearingsapplyforpumps.PumpInformation,1980(1):28,32 张嗣伟.橡胶磨损原理.北京:石油工业出版社,1998. MarcusAllenC.Theslidingwearofultrahighmolecularweightpolyethyleneinanaqueouse nvironment.Wear, 1994,178(6):17,25 夏伯才,王永强,彭晋民.水润滑塑料合金轴承PVT曲线研究.润滑与密封,2002(3):56,57 王家序译.美国MIL—B一179O1B(船舶)军用标准.重庆大学机械传动国家重点实验室科技 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ,1995. (1-接第144页) 过了轴面图中心垂直线,但是叶片前伸程度的大小, 与通过性能及泵外特性之间的关系则有待于进行深 入研究.可以肯定,叶片前伸有利于纤维性物料的通 过,同时,由于叶片数少且叶片主要是后盖板流线延 伸较多,因而不会产生一般离心泵由于叶片前伸所 导致的进口边过于拥挤的状况.而螺旋离心泵则主 要是前盖板流线螺旋延伸较多,导致进口较为拥挤, 因此必须适当加大叶轮进口直径. 参考文献 施卫东.污水泵水力设计综述.流体机械,1997(8):26,29.37 刘厚林,关醒凡,李幼康.双流道叶轮的设计方法.流体机械,1999(9):15,17 陈红勋.旋流泵叶轮内部流动的研究:[博士学位论文].镇江:江苏工学院,1991. LnbienieckiVM.Someperformancecharacteristicsofacentrifugalpumpwithrecessedimp eller.PublicofASEM 72一FE一10,1972. 朱荣生,关醒凡,黄道见.螺旋离心泵叶轮主要几何参数的确定.流体机械,1996(12):24,25,52 陈仰吾,陈琳,王晓春.螺旋离心泵的试验研究.流体机械,1997(2):15,18 沈天耀编着.离心泵叶轮的内流理论基础.杭州:浙江大学出版社,1986. 关醒凡编着.现代泵技术手册.北京:宇航出版社,1995. WorsterRC.Theflowinvoluteanditseffectsoncentrifugalpumpperformance.Proc.Imech.. 1963. BaunDanielOtto.Hydrodynamicforcesincentrifugalimpellerandcompressorinvolutecasi ng:measurementsusing magneticbearingandCFDsimulations.UniversityofVirginia,Dissertation.2002. JB/T5118—2001污水污物潜水电泵. 123456789 U