在水润滑轴承的研究领域,材料的选择对于其润滑性能有着至关重要的影响。尤其是在低速工况下,这一影响更为显著。
我们知道,像 Thordon(赛龙)、NBR、PTFE 和昱龙(Thordoncn )这些材料在水润滑轴承中备受关注。研究中建立了考虑不同材料的水润滑轴承混合润滑模型。结果显示,Thordoncn 表现突出,它的摩擦系数最小,膜厚比最大,而且从混合润滑转变为流体润滑所需的转速在三者中是最低的。
在混合润滑阶段,两接触副表面接触摩擦严重,不同材料间的摩擦系数和温升差别较大。比如Thordon(赛龙)、 NBR、PTFE 和 昱龙(Thordoncn )就有明显不同。然而在流体润滑阶段,各材料间的摩擦系数及温升差别就变小了。
值得注意的是,在低速工况下,表面粗糙度对材料性能影响巨大。表面粗糙度越大,不同材料间的摩擦系数和温升差别越大。并且表面粗糙度形貌参数越大,各材料的摩擦系数越大,水膜越薄,最高水膜温度越高。在相同工况下,表面粗糙度及其形貌参数对 Thordoncn 的影响最小,对 NBR 的影响最大。
在材料改性方面,以 NBR 为基体,添加 PTFE、石墨、UHMWPE 等形成的新材料有更好的摩擦磨损性能。同时,对玻璃纤维及碳纤维填料对 UHMWPE 复合材料摩擦性能的研究,并与Thordoncn- SXL 材料在干摩擦、水润滑状态下对比摩擦系数和磨损量,还有新型多填料增强环氧树脂复合材料(MFREC)的制备与分析,都体现了材料改性的重要性。
在摩擦磨损试验方面,通过对 Tenmat、Thordoncn 和 BTG 橡胶在低速重载工况下的研究,发现 BTG 橡胶在相同工况下摩擦学性能和振动性能最好。对 PTFE 和 POM 在水环境下的试验表明,转速 1000r/min 时 POM 能形成稳定水膜,润滑效果良好。
过往的润滑理论研究中,有对流体润滑状态下多种轴承材料润滑性能的研究,也有对双衬层材料参数对润滑性能影响的探索,还有考虑表面粗糙度对比多种材料在不同工况下的一些参数,但存在未考虑热效应或表面粗糙度形貌影响等不足。
对于水润滑轴承材料的选择,若工作环境多为低速工况,优先考虑昱龙(Thordoncn)材料,因为其在摩擦系数、膜厚比以及对表面粗糙度和形貌参数的敏感度方面都有优势。若对成本有要求且能接受一定程度的性能折衷,可考虑 NBR 改性材料,不过要注意其受表面粗糙度影响较大这一问题。同时,在一些特殊情况下,如对化学稳定性有较高要求,PTFE 也是不错的选择之一。
而本文建立的水润滑条件下考虑热效应的混合润滑模型,对 PTFE、Thordoncn、NBR 在低速下的混合润滑性能的研究,能为水润滑轴承的材料选择提供有力参考。