端面扭動摩擦副的磨損疲勞耦合效應研究

《端面扭動摩擦副的磨損疲勞耦合效應研究》是依託中國礦業大學，由王世博擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：端面扭動摩擦副的磨損疲勞耦合效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王世博
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

端面扭動摩擦是指在一定載荷下接觸副接觸界面發生往復旋轉的相對運動，它廣泛發生於生產和生活的實際工況中。從常用的球閥到人體中的髖關節、膝關節和脊柱關節等置換關節，以及交通載運工具中大量存在的往復旋轉件如工程機械中的聚合物平面滑動迴轉支承、汽車掛車的轉向迴轉盤和火車轉向架的心盤等。高速鐵路貨車轉向架聚合物心盤磨耗盤的扭動磨損嚴重製約貨車運行的可靠性。本項目將以尼龍和超高分子量聚乙烯材料為研究對象，系統研究端面扭動摩擦副的磨損疲勞機理和耦合效應，研製扭動摩擦磨損實驗裝置，研究接觸條件、潤滑條件和扭轉參數對聚合物扭動摩擦磨損行為影響，高溫、低溫、潮濕等環境變化對聚合物扭動摩擦磨損行為影響；研究聚合物扭動磨損疲勞機理，建立聚合物扭動磨損疲勞模型。這些研究將為扭動摩擦副摩擦材料設計和選擇提供供重要的實驗基礎，也將為聚合物端面扭動摩擦學行為研究提供可借鑑的理論。

結題摘要

本項目以鐵路貨車轉向架心盤為工程背景，建立了心盤扭動運動參數計算模型，獲得了心盤扭動運動參數，進而研製了溫濕度可控的端面扭動摩擦磨損試驗裝置模擬心盤扭動運動。利用端面扭動試驗裝置系統研究了玻璃纖維增強MC尼龍複合材料與HBN填充PTFE複合材料的端面扭動摩擦學行為。通過對MC尼龍複合材料的端面扭動摩擦學研究發現扭動接觸區分為中心粘著區、中部混合滑移區、外部滑動區三個區域，不同區域內MC尼龍複合材料的磨損機理不同，中部混合滑移區的磨損最為嚴重。MC尼龍複合材料端面扭動機制受材料摩擦係數的影響，摩擦係數由小變大時，端面扭動機制的變化過程為完全滑移、部分滑移和完全粘著。隨著溫度的升高，MC尼龍複合材料的摩擦扭矩逐漸減小，而磨損體積則不斷升高，磨損機理由疲勞磨損變為嚴重的粘著磨損和塑性變形。濕度的升高則會降低材料的摩擦扭矩和磨損體積。利用HBN、POB填充改性PTFE，獲得了與純PTFE摩擦係數相當的耐磨PTFE複合材料的改性方法，端面扭動摩擦條件下，PTFE複合材料的摩擦扭矩均低於純PTFE，耐磨性均優於純PTFE。在動態載荷下，摩擦扭矩和磨損量隨著振幅的增大而增大，接觸應力由接觸中心沿半徑方向環形對稱分布，接觸中心到接觸邊緣應力先增大後減小。基於剛柔接觸建立了端面扭動摩擦模型，獲得了端面扭動過程中扭動角度、摩擦扭矩、滑移半徑之間關係，理論模型與MC尼龍複合材料、PTFE複合材料的端面扭動試驗結果具有較好的一致性。