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陶瓷/钢摩擦副在振动载荷作用下的磨损性能研究

作　者: 唐媛媛
导　师: 谭媛强
学　校: 湘潭大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 摩擦磨损氧化铝陶瓷碳化硅陶瓷振动载荷虚拟设计
分类号: TB302.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

结构陶瓷因其高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化和蠕变小等优异性能在机械、化工、冶金、石油、航空航天等领域已得到广泛的应用。结构陶瓷作为新型的耐磨部件正日益受到关注,陶瓷与金属配对的摩擦副已越来越多的应用于工业中,研究陶瓷材料在振动载荷下的摩擦磨损机理显得尤为重要。本文针对实际工况的需要,在自行研制的振动摩擦磨损试验机上研究了陶瓷材料按环/块接触方式在振动载荷条件下的摩擦磨损性能,对比研究了氧化铝、碳化硅陶瓷分别与钢配对摩擦副在摩擦热做功相等情况下,振动加载与静载荷加载的摩擦磨损性能,分析了不同润滑剂下的摩擦磨损特性。试验结果表明:振动载荷下的磨损量比静载荷下大,振动载荷下的磨损表面出现了裂纹,不同加载条件下具有不同的磨损机制;氧化铝陶瓷随着加载频率的增加,磨损表面情况逐渐严重,摩擦系数、摩擦转矩和磨损量随频率的增加而增加,碳化硅陶瓷随着加载频率的增加,磨损表面情况逐渐轻微,摩擦系数、摩擦转矩和磨损量随频率的增加而增加;随着添加剂中碳原子数的增加,氧化铝陶瓷和碳化硅陶瓷的耐磨性能都得到了提高,醇类添加剂对氧化铝陶瓷的作用比对碳化硅陶瓷的作用要明显,相同条件下,提高碳原子数更能改善氧化铝陶瓷的摩擦磨损性能。论文分为五章,各章内容简述如下:第一章介绍了论文研究的背景和意义,总结了陶瓷材料摩擦磨损性能的理论研究和实验研究的国内外现状,提出了本文的研究内容。第二章介绍了试验机的总体装置的设计,阐述了试验机的工作原理、测试系统的数据采集以及传动和加载系统的工作原理。第三章提出了研究方法,设计了本论文的实验方案,并进行了分析。第四章对氧化铝陶瓷与45号钢配对的摩擦副在振动载荷下的摩擦磨损性能进行了实验研究。在干摩擦条件下,利用摩擦热做功相等的原理,对比分析了振动载荷加载条件下与静载荷加载条件下磨损机理的异同;在振动加载情况下,研究了振动频率的改变对氧化铝陶瓷磨损性能的影响,润滑添加剂对氧化铝陶瓷磨损性能的影响。第五章采用上一章的研究方法与实验方案,对碳化硅与45号钢配对的摩擦副在振动载荷下的摩擦磨损性能进行了实验分析,研究了碳化硅陶瓷表面金属转移膜的形成与剥落,进一步阐明了磨损表面的变化情况。最后对本文的工作进行了总结,并对进一步的研究工作进行了展望。本文研究得到了国家自然科学基金项目“基于离散单元法的润滑界面磨粒固液耦合运动与磨损研究”(50675185)的资助。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 陶瓷的种类与应用  9-10
  1.2 陶瓷材料摩擦磨损的国内外研究现状  10-22
    1.2.1 实验研究状况  11-16
    1.2.2 理论研究状况  16-22
  1.3 课题来源及主要研究内容  22-23
第2章试验机的总体装置设计  23-38
  2.1 振动载荷摩擦磨损试验机  23-28
    2.1.1 研制新型动载荷摩擦磨损试验机的必要性  23-24
    2.1.2 试验机的工作原理及加载原理  24-25
    2.1.3 试验机的技术指标及各部件工作原理  25-28
  2.2 测试系统的设计及实现  28-34
    2.2.1 测试系统的软件设计  28-31
    2.2.2 测试系统的硬件组成  31-32
    2.2.3 测试系统的抗干扰处理  32-34
  2.3 激振器及交流伺服控制系统  34-36
    2.3.1 激振器结构及工作原理  34
    2.3.2 振动加载控制系统  34-36
    2.3.3 交流伺服系统  36
  2.4 本章小结  36-38
第3章试验设计和研究方法  38-49
  3.1 试验方案设计  38-40
    3.1.1 动载荷与静载荷加载的对比试验方案  38-39
    3.1.2 振动载荷作用下陶瓷材料摩擦磨损性能研究的试验方案  39-40
  3.2 试验材料  40-43
    3.2.1 摩擦磨损试验的试样选择  40
    3.2.2 试样的准备  40-41
    3.2.3 陶瓷材料的摩擦磨损特点  41-42
    3.2.4 添加剂配方设计  42-43
  3.3 试验研究方法  43-48
    3.3.1 材料物理机械性能  43-44
    3.3.2 试验机的调试及试运行  44-45
    3.3.3 摩擦磨损试验数据的计算  45-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章氧化铝陶瓷材料与45 号钢的摩擦磨损性能研究  49-62
  4.1 氧化铝陶瓷/45 钢在静载荷/动载荷条件下的磨损行为分析  49-53
    4.1.1 振动载荷与静载荷对比试验  49-51
    4.1.2 试验结果分析  51-52
    4.1.3 磨损后试件表面形貌分析  52-53
  4.2 氧化铝陶瓷/45 钢在动载荷条件下的磨损行为对比分析  53-61
    4.2.1 干摩擦下的摩擦磨损性能  53-59
    4.2.2 润滑条件下的摩擦磨损性能  59-61
  4.3 本章小结  61-62
第5章碳化硅陶瓷材料与45 号钢的摩擦磨损性能研究  62-79
  5.1 碳化硅陶瓷/45 钢在静载荷/动载荷条件下的磨损行为分析  62-66
    5.1.1 振动载荷与静载荷对比试验  62
    5.1.2 试验结果分析  62-64
    5.1.3 磨损后试件表面形貌分析  64-66
  5.2 碳化硅陶瓷/45 钢的磨损行为与机理研究  66-76
    5.2.1 干摩擦下摩擦磨损性能  66-70
    5.2.2 干摩擦下碳化硅表面金属转移膜的研究状况  70-74
    5.2.3 润滑条件下的摩擦磨损性能  74-76
  5.3 碳化硅与氧化铝陶瓷的对比分析  76-77
  5.4 本章小结  77-79
总结与展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
附录A 攻读硕士期间所发表的论文  86

陶瓷/钢摩擦副在振动载荷作用下的磨损性能研究

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