核主泵水润滑推力轴承试验的磨损颗粒研究

某核主泵水润滑推力轴承在试验浸银石墨瓦时,在类似热瞬态工况时出现异常振动及噪声,拆机发现石墨推力瓦和推力盘硬化层表面均出现较严重磨损,且石墨推力瓦出现局部剥落。采用化学、光学、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、电子探针等方法研究水润滑轴承试验的磨损颗粒相结构、形貌、成分、组织和磨损表面特征;明确热瞬态时不锈钢推力盘硬化层与石墨推力瓦的摩擦磨损形式和过程,得出水润滑推力轴承已经进入边界润滑状态,局部发生干摩擦的结论;提出一些改进建议,如将水润滑轴承瓦面材料改为碳素纤维复合材料以增加抗磨性能,改善瓦面形状以减少热变形,增加接触曲面硬化层以控制高应力曲面接触的微动磨损。     

推力瓦热瞬态变形机理及抑制方法研究

针对核主泵水润滑推力轴承在事故工况下的热瞬态过程,建立了热固耦合瞬态有限元分析模型。基于所建立模型,分析了常见两层和三层结构推力瓦热瞬态过程瓦面变形,重点分析了三层结构推力瓦隔热层厚度对瓦面变形的影响。随后,进一步探索了遏制瓦面凹变形的方法,阐明了热瞬态过程中瓦面温度场分布不均是产生瓦面凹变形的主因。进一步提出一种新型包边式推力瓦,并仿真验证其能够有效降低热瞬态过程瓦面凹变形,为核主泵水润滑推力轴承的推力瓦设计提供了新思路。     

石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损的量化研究

针对极端工况下石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损难以量化的问题,利用核主泵半尺寸轴承对量化方法展开研究.建立了石墨水润滑可倾瓦推力轴承模型,采用摩擦副粗糙度作为衡量指标计算了理论起飞转速,并与起飞转速台架试验结果进行了对比;使用质量磨损率作为衡量磨损量化标准,进行了小试样试验和启停台架试验,二者结合对石墨不锈钢摩擦...     

含石墨转移层对铜－二氧化硅／ 钢摩擦磨损行为的影响

为探讨干摩擦磨损条件下含石墨转移层对摩擦磨损性能的影响,在45#钢表面覆盖含石墨润滑层,通过干滑动磨损试验,研究含石墨润滑层对钢/铜-二氧化硅摩擦副摩擦因数、磨损量及摩擦损（亚）表面的影响。结果表明：与无石墨润滑层的45#钢相比,含石墨润滑层的45#钢的摩擦因数、磨损率明显下降,且干滑动试验后磨损表面相对光滑平整,表明含石墨摩擦层起到了减摩降磨作用,抑制了金属的直接接触。     

水润滑推力轴承推力瓦应力场分析

水润滑推力轴承工作时,推力瓦和推力环端面间的高速相对运动会产生大量摩擦热,导致端面温升和热变形,使推力瓦产生局部高温和高应力,影响水对推力轴承的润滑效果、传递轴向推力效果、轴承寿命和安全性。基于ANSYS软件平台,建立水润滑推力轴承斜面平台固定推力瓦危险截面有限元分析模型,分析推力瓦危险界面的变形和应力场。结果表明:推力瓦的最大变形和最大Von Misses应力均出现在离推力瓦进水方向2/3瓦长处。     

核主泵轴承重载惰转停机承载性能研究

以某核主泵轴承为研究对象,针对其在重载惰转停机期间出现的主推力瓦磨损现象,指出了原轴承结构设计的不足,从轴承润滑理论出发,采用了DyRo BeS润滑计算软件,对主推力瓦惰转停机过程中的油膜厚度进行了分析。通过对推力瓦支点进行优化,并与原设计进行了对比分析,并进行了性能试验,验证了新设计的可靠性,为其他核主泵轴承的优化设计提供了一定的参考。结果表明:原推力瓦存在磨损的原因是瓦面面积不足且支点位置不合理,导致油膜厚度不够,在300r/min时便进入边界润滑状态,导致了很大的磨损风险。在支点位置改进之后,轴承的停机性能较之前有了明显的提高,有效避免了重载惰转停机过程中产生的严重磨损。     

不同瓦面形貌参数的曲面可倾瓦推力轴承动特性仿真研究*

为了揭示瓦块曲面形貌参数对船舶可倾瓦推力轴承动特性的影响规律,建立可倾瓦推力轴承瞬态热流体动压润滑模型,采用轴向扰动法研究轴承刚度和阻尼系数的计算方法并进行了验证。设计6种瓦面形貌,仿真分析不同形貌类型和瓦面弯曲程度对推力轴承动特性的影响规律。结果表明：推力轴承刚度系数随激振频率的增加而上升,阻尼系数随激振频率的增加而下降;在相同激振频率下,仅考虑一个方向的形貌改变,周向瓦面凸起量的增加可以增加油膜厚度,降低轴承的刚度和阻尼系数,但径向凸起量的增加对轴承的刚度阻尼系数几乎无影响;仅考虑径向凹陷时,阻尼系数随凹陷量的增加而增加并可达到最大;当同时考虑周向和径向的形貌变化时,则周向凸起量是轴承主要的影响因素。     

平衡梁结构对水润滑可倾瓦推力轴承启停过程的影响

建立了带平衡梁结构的水润滑可倾瓦推力轴承启停过程瞬态模型,在该模型中考虑了界面滑移、挤压作用和支点变形的影响。采用该模型分析了相同运行条件下平衡梁结构与非平衡梁结构的可倾瓦推力轴承的启停过程。分析结果表明:随着瓦面高度误差的增加,轴承的启停转速增加。设计了一套水润滑可倾瓦推力轴承机理研究试验系统,包括平衡梁与非平衡梁结构的可倾瓦推力轴承,并对两种轴承的启停过程进行试验。试验结果表明:非平衡梁结构可倾瓦推力轴承各瓦之间的载荷误差达到90%,而平衡梁结构可倾瓦推力轴承各瓦之间的载荷误差小于4.6%。平衡梁结构可以降低轴承的启停转速,同时提高轴承加工及安装误差的最大许可范围。试验结果与理论分析结果取得较好的一致性。     

浸渍磷酸盐石墨与9Cr18Mo不锈钢配副的摩擦磨损性能研究

针对航空发动机石墨密封常用的摩擦副浸渍磷酸盐石墨(M234Ao)和9Cr18Mo不锈钢材料,在UMT-TriboLab试验机上进行球-盘、销-盘接触摩擦试验,研究其低速轻载、高速重载工况以及干摩擦、油润滑下的摩擦磨损性能,利用接触式形貌仪、金相显微镜等对摩擦副表面进行观察分析,并分析其磨损机制。结果表明：在油润滑及面-面接触下的摩擦因数和磨损率明显低于干摩擦和点-面接触下;添加油介质可以降低界面摩擦剧烈程度,抑制金属氧化以及降低摩擦因数,特别是在高速重载工况下;M234Ao和9Cr18Mo配副间的磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主,伴随有犁沟、微裂纹及擦伤现象。     

石墨润滑下人字闸门底枢摩擦副摩擦学性能*

为研究石墨润滑条件下各参数对人字闸门底枢摩擦副摩擦磨损性能的影响，采用UMT-2多功能摩擦磨损试验机进行销-盘摩擦副试验，模拟闸门底枢低速重载工况条件，研究不同摩擦速度、石墨粒径下不同表面粗糙度人字闸门底枢摩擦副的摩擦磨损性能。试验结果表明：在不同转速工况下，表面粗糙度为0.8 μm的摩擦副采用粒径10 μm石墨颗粒润滑时润滑性能最优，表面粗糙度为2.0 μm的摩擦副采用粒径21 μm石墨颗粒润滑时润滑性能最优；随着转速增加，摩擦副摩擦因数与磨损量均增加。研究表明，石墨粒径大小和摩擦副表面粗糙度共同影响摩擦副摩擦学性能，这为闸门底枢的固体润滑剂选择和摩擦参数设计提供理论依据。     

硬度对螺旋槽水润滑橡胶推力轴承摩擦磨损性能影响的实验研究*

水润滑橡胶推力轴承是船舶推进系统中提供轴向支撑力的重要零部件,其摩擦磨损特性严重影响船舶推进工作性能。开展螺旋槽水润滑橡胶推力轴承实验,测试2种橡胶硬度推力轴承在不同工况下的摩擦力,以及高速重载工况下实验前后橡胶层的表面形貌,分析转速、载荷、旋转方向、橡胶层硬度对摩擦因数的影响,以及推力轴承的主要磨损形式。结果表明:相同载荷下,随着转速的增加,2种硬度推力轴承的摩擦因数呈显著下降趋势,摩擦因数下降幅值最大达到了0.51;在高速时,载荷对摩擦因数的影响不显著;高硬度推力轴承在低速时摩擦性能表现更优,而低硬度推力轴承在高速重载条件下不易发生黏着磨损,因此,建议在低速重载条件下使用高硬度橡胶推力轴承,而高速重载条件下使用较低硬度的推力轴承。     

青铜-石墨热喷涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能

在MM-200摩擦磨损试验机上研究了青铜-石墨热喷涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,采用扫描电镜(SEM)对磨损表面形貌进行了观测和采用X射线能谱分析(XPS)分析了涂层成分。结果表明,在水润滑条件下涂层摩擦因数和磨损率均低于干摩擦条件下;在水润滑条件下磨损机制为轻微磨粒磨损和犁削磨损,在干摩擦下主要是较为严重的粘着磨损和犁削。这是由于水润滑降低了摩擦副界面温度,提高了石墨润滑膜的韧性,改善了润滑效果,从而阻止了粘着磨损的发生,水还促进了钢偶件表面致密氧化膜的形成,从而减轻磨损。因此水润滑对涂层磨损性能有较大影响。     

大型推力轴承PTFE-金属复合瓦热弹流润滑设计

针对水力发电机组用大型扇形PTFE-金属复合瓦推力轴承摩擦学设计问题,建立复合轴瓦三维热流固耦合的弹流润滑模型,分析轴瓦结构尺寸对轴承性能参数的影响规律。结果表明,PTFE层厚度对轴承性能有非常重大的影响,过厚的PTFE材料对轴承的散热、弹流润滑状态、瓦面接触强度等都会造成不利影响,尤其是会造成轴承接触温度随PTFE厚度增加而迅速升高;钢基体厚度增加够一定程度上增加最小油膜厚度,但对瓦面接触强度和最大接触温度的影响不大。     

销-盘试验的热-应力-磨损耦合模拟研究

销-盘磨损试验涉及复杂的热-应力-磨损耦合现象。基于广义Archard磨损模型和商用有限元软件ABAQUS,开发模拟销-盘磨损试验过程中热-应力-磨损耦合模拟分析的顺序耦合方法。分析销-盘试验的瞬态温度场,将温度场作为热载荷分析摩擦副的应力-磨损耦合问题;分析过程中考虑温度对摩擦副材料的力学和热学性能的影响以及广义Archard磨损系数和摩擦因数对温度和接触压力的依赖性。热传导分析考虑摩擦生热、销-盘接触传热、各个表面与空气之间的强制对流换热、自然对流换热以及热辐射。将该方法用于销-盘磨损试验的模拟,得到温度场、接触压力和磨损量的演变过程,揭示温度场对接触和磨损的影响规律,仿真结果与试验结果吻合良好。     

多瓦可倾瓦轴承的瞬态热弹流润滑性能分析

建立多瓦可倾瓦轴承瞬态热弹流润滑的数学模型,分析多瓦可倾瓦轴承在启动阶段的瞬态润滑性能,通过计算得到轴承由初始位置运动到平衡位置的轴心运动轨迹,并得到平衡位置时轴承的各项润滑性能参数,包括油膜厚度、流体动压力、瓦面温度与瓦面热弹变形等。结果表明,在开机启动阶段,轴心轨迹需要经历一段时间历程才能收敛于平衡位置,在载荷较小情况下,热变形对润滑性能的影响要比弹性变形大。     

大型推力轴承塑料-金属瓦热弹流润滑设计

针对水力发电机组用大型扇形PTFE-金属复合瓦推力轴承摩擦学设计问题,建立复合轴瓦三维热流固耦合的弹流润滑模型,分析轴瓦结构尺寸对轴承性能参数的影响规律。结果表明,PTFE层厚度对轴承性能有非常重大的影响,过厚的PTFE材料对轴承的散热、弹流润滑状态、瓦面接触强度等都会造成不利影响,尤其是会造成轴承接触温度随PTFE厚度增加而迅速升高;钢基体厚度增加够一定程度上增加最小油膜厚度,但对瓦面接触强度和最大接触温度的影响不大。     

动压推力轴承的三维热弹流润滑特性分析

本文提出了一种基于双向流-固-热耦合的动压润滑推力轴承三维热弹流润滑特性数值计算方法,并应用于某大型泵用推力轴承的设计分析。通过建立推力轴承的双向流-固-热耦合数值计算模型,求解其三维热弹流特性,得到了额定工况下的液膜厚度分布、液膜压力分布以及轴承主要部件的温度分布和综合热弹变形等。分析结果表明:润滑液膜在厚度方向上的压力梯度近似为零,但存在着较大的温度梯度,综合热弹变形使螺栓支撑巴氏合金瓦推力轴承瓦面呈上凸变形,推力盘下表面呈下凸变形。     

考虑真实粗糙表面的燃机球轴承磨损与混合润滑耦合机理

船舰燃机轴承服役环境苛刻,工作界面难以建立全膜润滑状态,局部粗糙峰接触发生磨损,而磨损又会通过影响表面形貌反作用于界面混合润滑状态,影响轴承摩擦学特性。目前,面向燃气轮机滚动轴承,开展考虑真实表面粗糙度的磨损与混合润滑状态耦合作用的研究仍然很少。因此,以燃气轮机涡轮端球轴承为对象,综合考虑接触界面磨损、弹性变形与实测机械表面粗糙度影响,建立滚动体与内滚道三维磨损区域下的润滑-接触数值分析模型,研究低速、重载及滑滚苛刻条件下轴承摩擦磨损特性。     

不同载荷下水润滑高分子材料磨损机制的试验研究

为了研究载荷对新型水润滑高分子轴承材料磨损机制的影响,在CFT-1型摩擦磨损试验机上对该材料进行不同载荷下的无/有水润滑摩擦磨损试验,通过考察试样的摩擦因数、磨痕和磨损表面形貌,分析该材料的磨损机制。结果表明:在无水润滑条件下,该材料的摩擦因数随着载荷的增加呈现先降低后逐渐上升的变化趋势,磨损表面均出现塑性变形和撕裂脱落现象,磨损机制主要为黏着磨损,其中随着载荷的增大表面塑性变形趋于严重,而表面撕裂脱落在中等载荷下较为轻微,在低载荷和高载荷下较为严重;在水润滑条件下,该材料的摩擦因数随着载荷的增加也呈现出先下降低后急剧上升的趋势,磨损表面未发生塑性变形和撕裂脱落,但出现脱落的磨粒和犁沟,磨损机制主要为磨粒磨损,其中在中等载荷下,表面脱落的磨粒少、犁沟细小而浅,在低载荷和高载荷下表面脱落的磨粒多、犁沟深。     

基于标准销—盘试验的石墨/硬质合金副滑动摩擦磨损特性研究

通过标准销—盘摩擦磨损试验对石墨与硬质合金副的滑动摩擦磨损特性进行深入研究。结果表明,硬质合金销表面有石墨转移膜形成,并发生了轻微的"抛光"磨粒磨损;提高法向载荷和滑动速度可增加石墨转移膜形成,从而降低摩擦因数;与石墨高速铣削试验的刀具磨损结果进行对比发现,标准销—盘摩擦磨损试验未能复制硬质合金刀具的严重磨损现象,说明该摩擦试验方法对于石墨切削摩擦行为的研究具有一定的局限性,需要进一步改进。