GCr15/铝合金-PTFE自润滑轴承制备及摩擦磨损性能

论文摘要

本研究开发出两种PTFE基金属自润滑轴承,第一种为GCr15-PTFE镶嵌型角接触轴承,以实现在低速重载条件下低摩擦和长寿命的目标,第二种为高强度铝合金-PTFE轴承,以满足航空工业对材料高比强度的要求。首先利用ANSYS有限元法对轴承基体进行结构设计。然后用酚醛树脂粉末与环氧树脂粘接GCr15与PTFE复合材料,选择粘接强度高的胶黏剂。最后,选用摩擦学性能优良的PTFE复合材料、优化的轴承基体结构以及粘接强度高的胶黏剂,制备出GCr15-PTFE轴承,选择兰州物理化学研究所提供的GCr15-MoS2轴承作对比试验。摩擦磨损实验在摆动实验机上完成,试验条件:载荷为8-18KN,摆动频率8次/分钟,摆角为±30°,室温,相对湿度（70±5）%,研究其摩擦磨损性能。结果表明GCr15-PTFE轴承在重载条件下摩擦性能好,磨损寿命长。将PTFE纺织复合材料粘结到高强铝合金背衬上,制备成铝合金-PTFE轴承,选择航空工业常用的轴承（DU）作对比实验。摩擦磨损实验在摆动实验机上完成,实验条件:正压强为10-80 MPa,摆动频率8次/分钟,摆角为±30°,室温,相对湿度（70±5）%,研究其摩擦磨损性能。结果证实铝合金-PTFE轴承的摩擦系数大约0.055,摆动磨损寿命大约2.5万次,均优于DU轴承,可见这种高比强的新型轴承适用于航空航天工业。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 自润滑轴承的研究历史与现状
• 1.2.1 聚合物自润滑轴承
• 1.2.2 镶嵌型自润滑轴承
• 1.2.3 背衬型自润滑轴承
• 1.3 本研究的主要内容
• 第二章 GCR15-PTFE 轴承基体的有限元设计
• 2.1 引言
• 2.2 有限元软件基本组成
• 2.3 GCR15 基体的有限元设计
• 2.3.1 建立有限元实体模型
• 2.3.2 划分网格并建立接触关系
• 2.3.3 约束、加载荷并求解
• 2.4 镶嵌型自润滑材料的有限元计算结果及分析
• 2.4.1 不同直径的镶嵌槽轴承应力分析结果
• 2.4.2 镶嵌型自润滑材料应力随镶嵌槽直径的变化
• 2.4.3 有限元计算结果校核
• 2.4.4 轴承有限元设计结果讨论
• 2.5 小结
• 第三章 GCR15 与PTFE 复合材料的粘接
• 3.1 引言
• 3.2 胶粘剂的选择
• 3.3 粘接前的表面处理
• 3.4 粘接强度试验
• 3.5 试验结果及分析
• 3.5.1 试验结果
• 3.5.2 拉伸断裂表面分析
• 3.6 小结
• 第四章 GCR15-PTFE 镶嵌型自润滑轴承的制备
• 4.1 引言
• 4.2 PTFE 复合材料的制备
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 原料的物理性质
• 4.2.3 填充材料的增强机理
• 4.2.4 制备过程
• 4.2.5 制备出的试件
• 4.3 GCR15 基体材料
• 4.4 GCR15-PTFE 轴承的制备
• 4.5 小结
• 第五章 GCR15-PTFE 轴承的摩擦磨损试验
• 5.1 引言
• 5.2 摩擦磨损试验
• 5.2.1 试验设备及工作原理
• 5.2.2 试验过程
• 5.3 摩擦磨损试验结果分析
• 5.3.1 摩擦试验结果分析
• 5.3.2 磨损试验结果分析
• 5.3.3 自润滑轴承磨损形貌分析
• 5.4 小结
• 第六章 高强度铝合金-PTFE 轴承的制备及摩擦学性能
• 6.1 引言
• 6.2 高强铝合金-PTFE 轴承制备
• 6.3 摩擦磨损试验
• 6.3.1 试验设备及工作原理
• 6.3.2 试验过程
• 6.4 摩擦磨损试验结果分析
• 6.4.1 摩擦试验结果分析
• 6.4.2 磨损试验结果分析
• 6.4.3 铝合金-PTFE 轴承的磨损表面分析
• 6.5 结论
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文