Marginal teknikkunskap: Forskningsstatus och utsikter för självsmörjande tygfoder

Utvecklingshistorik för självsmörjande tygfoder och faktorer som påverkar dess arbetsprestanda

Abstrakt: Den självsmörjande tygfodret är nyckelfaktorn för prestandan hos självsmörjande sfäriska lager med hög belastning,slagtålighet,och lång livslängd och 80 Olja．Baserat på inhemsk och utländsk litteratur,utvecklingen av den självsmörjande tygfodret introduceras.faktorerna som påverkar arbetsprestandan hos den självsmörjande tygfodret påpekas．och de framtida utvecklingstrenderna för den självsmörjande tygfodret prospekteras．

Nyckelord: sfäriskt glidlager;självsmörjning;liner;tyg

Det självsmörjande sfäriska glidlagret är sammansatt av en yttre ring med en inre sfär, en innerring med en yttre sfär och en självsmörjande packning mellan de inre och yttre sfärerna. Självsmörjande foderkompositer kan grovt delas in i tre kategorier: skiktade kompositer med metallbaksida, polymer och dess fyllda kompositer, och PTFE-fibertygkompositer (dvs. självsmörjande tygfoder). Tyget självsmörjande fodret är vävt av PTFE-fiber, aramidfiber, kolfiber, glasfiber, etc. genom olika vävmetoder, och impregnerat i fenolharts, epoxiharts, cyanoakrylat och andra hartser, för att bilda en tät struktur, som är bunden till den inre ytan av den yttre ringen av ledlagret. Arbetsytan på den självsmörjande tygfodret är huvudsakligen PTFE-fiber med låg friktionskoefficient, och baksidan är huvudsakligen andra fibrer med hög hållfasthet och lätt att binda till lagrets yttre ring. Tyg självsmörjande ledlager har egenskaperna för enkel och kompakt struktur, enkel montering och demontering, hög lagerkapacitet, lång livslängd, flexibel rotation, underhållsfri, etc., och har stark designbarhet. Den kan anta lämpliga vävmetoder och välja lämpliga vävmaterial och matrismaterial enligt specifika arbetsförhållanden. Därför har det använts i stor utsträckning i militära och civila helikoptrar och flygplan med fasta vingar, som behöver hög bärförmåga, underhållsfri, skador mot slitage och andra tillfällen; Det används också mer och mer inom områdena stridsfordon, kollektivtrafik, terrängutrustning, marinutrustning, racerbilar och så vidare.

1 Dutvecklingshistoria

I mitten-1950 kom självsmörjande kuddar av tyg till på grund av kravet på självsmörjande funktion hos ledlager. Litteratur [2-3] uppfann ett självsmörjande material av tygtyp som består av fibrer med låg friktionskoefficient. Genom lämpliga vävningsmetoder är de flesta av fibrerna med låg friktionskoefficient placerade på fodrets arbetsyta, och fibrerna med god bindningsprestanda är placerade på bindningsytan. Värmehärdande harts används för att binda tyget till ett, för att förbättra dess slitstyrka och bärighet. Litteratur [4] föreslog också ett smörjande material med vävd struktur. Litteratur [5] uppfann ett tyglager med låg friktionskoefficient. Friktionsarbetsytan på lagret är TFE-fibertygkomposit. Litteratur [6] använder PTFE-fibertyg eller andra fibertyger av självsmörjande material för att göra självsmörjande dynor, som kan anpassa sig till högre hastighet och längre livslängd. Den nya självsmörjande packningen som används av SKF-företaget i dess nylanserade TX självsmörjande sfäriska glidlager har avsevärt förbättrat dess styvhet, slitstyrka, friktionsreduktion och fuktbeständighet samt packningens livslängd genom att förbättra tygstrukturen och matrismaterial. Den självsmörjande packningen uniflon@ som nyligen lanserats av RBC-företaget har också utmärkt prestanda, som främst är lämplig för låga hastigheter och tunga arbetsförhållanden. Samtidigt är den också lämplig för att forma friktionsytor med stål, aluminium, titan, etc. Generellt sett har forskningstekniken för självsmörjande tygfoder utomlands varit relativt mogen. Inhemsk forskning inom detta område startade i mitten av{16}}talet. Även om vissa framsteg har gjorts finns det fortfarande en viss klyfta jämfört med utlandet.

2 Pprestationspåverkande faktorer

2.1 Llast, hastighet, temperatur och andra arbetsförhållanden

I processen med tung belastning kommer den självsmörjande packningen att bilda en PTFE-överföringsfilm mellan de inre och yttre ringkontaktytorna på det sfäriska glidlagret, vilket minskar skjuvspänningen på kontaktytan, vilket avsevärt minskar friktionskoefficienten mellan lagrets inre och yttre ringar. Med ökningen av rotationshastigheten för det sfäriska glidlagret ökar också slitaget på lagret. Samtidigt kommer överföringsfilmen att fortsätta att pressas åt båda sidor, och det självsmörjande lagret av PTFE kommer att fortsätta att minska. Därför kommer lagrets friktionskoefficient långsamt att öka under slitageprocessen tills det självsmörjande PTFE-skiktet är förbrukat och lagret går sönder. Med ökningen av belastningen minskar friktionskoefficienten för tyg självsmörjande foder gradvis, och slitagehastigheten ökar gradvis. Ju högre glidhastigheten är, desto mindre är friktionskoefficienten och slitagehastigheten. Analysen visar att: å ena sidan poleras slitytan snabbt med hög hastighet, vilket minskar friktionskoefficienten; Å andra sidan, samtidigt, även om slitagedjupet ökar med ökningen av glidhastigheten, ökar glidavståndet också, så glidhastigheten ökar, men slitagehastigheten minskar. Litteratur [10] undersökte svängfriktionsegenskaperna hos PTFE-fibertyger vid temperatur (120 ± 5) OC och (45 ± 5) grader, och påpekade att temperaturen hade en inverkan på det fysiska tillståndet hos friktionsytskiktet av fibertyger, och hade sedan en inverkan på slitytan på tyger och morfologin hos slitageskräp. Vid 120 grader mjukar friktionsvärmen upp ytskiktet och ger gradvis allvarlig plastisk deformation och limförslitning. I den långvariga friktionsprocessen ökar friktionsområdet mellan fibern på tygytan och kopplingsaxeln, och den bildade fåran är bredare och djupare. Plöjningen och slitaget som orsakas av uppmjukningen av ytskiktet är allvarligare än vid rumstemperaturat -45 grad, när ytans mikrokonvexa kropp som består av tygfibrer och infiltrerat lim gnuggar med kopplingens skaft, vidhäftningsöverföring eller plöjning sker, vilket bildar slitageskräp och större slitage. Litteratur [11] studerade friktions- och slitageegenskaperna hos självsmörjande packningar vid rumstemperatur och hög temperatur, och fann att slitagehastigheten vid hög temperatur var cirka 2 storleksordningar högre än vid rumstemperatur.

2.2 Rförstärkande fiber

Tyget självsmörjande fodret är vävt av vffe-fiber med låg friktionskoefficient och armerad fiber, nämligen aramidfiber, kolfiber, glasfiber och andra högpresterande fibrer. Vid arbete spelar PTFE-fiber en smörjande roll, medan förstärkningsfiber spelar en roll för att bära last och förbättra bindningsprestanda [121. Generellt sett är slitstyrkan hos aramidfibertygkomposit bättre än för kolfibertygkomposit, och friktionsreducerande prestanda hos kolfibertygkomposit är bättre än för aramidfibertygkomposit.

2.3 Fabrisk konsistens

Vanligtvis, enligt den designade vävtätheten, vävs de kombinerade fibrerna till tyger med olika väv såsom slätväv, kypertväv eller satinväv. De tre tygerna har sina egna egenskaper. Slätväv har flest vävpunkter och flest garnböjningstider eftersom varp- och inslagsgarnen är sammanvävda vartannat garn, så tyget är fast och slitstarkt, men elasticiteten är liten; Twillvävt varp- och väftgarn har färre sammanvävningstider än slätvävning, så att gapet mellan varp- och väftgarn är mindre, och garnerna kan placeras tätt, så att tygets densitet är större, tyget är tjockare och elasticiteten är bättre än slätväv. På grund av garnets långa flytande längd, under samma garntjocklek och densitet, är emellertid slitstyrkan och fastheten sämre än vanliga vävnader; Eftersom vävpunkterna för satinväv är långt borta från varandra, är de separata vävpunkterna täckta av flytande linjer på båda sidor, och inga tydliga vävpunkter kan ses framifrån, så tygets yta är slät, mjuk, och har god draperbarhet, men dålig slitstyrka. Självsmörjande tygfoder är ett kompositmaterial med textilstruktur. PTFE-innehållet på ytan av tygfoder med olika textur är olika, och tygtexturen har ett viktigt inflytande på de mekaniska egenskaperna och friktionsegenskaperna hos självsmörjande foder. Forskningen visar att slätvävt tyg kan förbättra slitstyrkan hos Pei med nästan tre gånger, och friktionskoefficienten är låg. Jämfört med ren Pei och andra två typer av tyg förstärkt Pei under hög belastning. Friktionskoefficienten reduceras med nästan 50 procent; Däremot är nötningsbeständigheten hos kyperttyg förstärkt Pei mycket dålig. De mekaniska egenskaperna hos dessa polymerer är inte nödvändigtvis relaterade till slitageegenskaperna, vilket indikerar att den faktor som påverkar slitaget är tygstrukturen, som inte har något att göra med de mekaniska egenskaperna. Litteratur[14]anser att den olika kapaciteten hos tygpolymerer med olika strukturer att hålla kvar slitageskräp också är orsaken till polymerernas olika friktions- och slitageegenskaper. Slitväv har den bästa förmågan att hålla slitageskräp och har den bästa anti-slitageprestanda, medan satinväv har den sämsta förmågan att hålla slitageskräp, så anti-slitageprestandan är sämst.

2.4 Alim (harts)

Eftersom matrismaterialet måste ha egenskapen att motstå termisk deformation, används vanligtvis värmehärdande harts. De hartser som kan användas som lim inkluderar fenolharts, epoxiharts, polyimidharts, silikonharts, etc. Vissa studier har visat att effekten av harts på tygfoderets prestanda inte är uppenbar, medan andra har motsatta åsikter. Litteratur [15] undersökte effekterna av polyimidharts, modifierat epoxiharts, fenolacetalharts och epoxiharts på bärförmågan och tribologiska egenskaper hos aramid-/PTFE-fibertyger. Det visade sig att bindningsstyrkan hos de fyra limmen och tygerna inte hade något motsvarande samband med bärförmågan och friktionen och slitaget hos tunnskiktskompositer. Det tunnskiktiga kompositmaterialet som består av polyimidlim med hög bindningsstyrka och tyg uppvisar inte god bärförmåga och slitstyrka, medan tunnskiktskompositmaterialet som består av fenolhartslim och tyg har de bästa tribologiska egenskaperna.

2.5 Ssubstrat

Det självsmörjande tygfodret binds till den inre ytan av den yttre ringen (substratet) av det sfäriska glidlagret med hjälp av en lämplig form och genom processer såsom trycksättning och härdning. Materialet och substratets prestanda kommer att påverka dess värmeledningsförmåga och bärighet. Vid användning av polymersubstrat är bärförmågan och slitstyrkan för tygkompositer lägre än för metallsubstrat. Förutom polymerens låga hårdhet är den dåliga värmeledningsförmågan också orsaken som påverkar dess bärighet och slitstyrka. Jämfört med ytterringslager av metall har dock polymer yttre ringfoglager fördelarna med mindre elektrokemisk korrosion, låg vikt, låg kostnad, enkel vidhäftning och så vidare.

2.6 Fabrisk ytbehandling

På grund av den kemiska trögheten på ytan av de flesta fibertyger är vidhäftningen mellan fibertyger och substrat dålig, och användningen är begränsad. Därför är många forskare engagerade i att förbättra vidhäftningen av tyger genom ytbehandlingsteknik, för att förbättra de tribologiska egenskaperna hos kuddar. Bland dem används plasmabehandling, anodoxidation, koncentrerad syrabehandling, kemisk gren och beläggningsbehandlingsteknik i stor utsträckning. Plasmabehandling kan producera ett stort antal aktiva grupper på ytan av fibertyger, avsevärt öka innehållet av ytaktiva element, öka vätbarheten hos fibertyger, förbättra bindningsstyrkan och mängden med lim och förbättra bindningskraften mellan fiberknippen av tyger; Efter härdning bildar det ett bra integrerat material med limmet, vilket förbättrar fiberknippets deformation och brotthållfasthet, så att belastningen och friktionen kan fördelas jämnt på fibern, vilket undviker spänningskoncentration, för att förbättra den tribologiska och mekaniska egenskaper hos fibertygkompositen. Det har visat sig att kolfibertyg antar HNO₃ / H₂SÅ₄. Friktions- och slitegenskaperna hos fibertygkompositer kan förbättras avsevärt genom modifiering av blandad syraoxidation, hydrolys/ympningsbehandling av Nomex fibertyg, tvättning av aramidtyg med aceton, destillerat vatten och plasmabehandling, avsättning av SiO₂: film på ytan av kolfibertyg / fenolharts, stark HNO₃behandling av kolfibertygpolymer, etsning, plasmabombardement och anodoxidation.

2.7 Modifiering av fyllmedel

Ursprungligen var syftet med att tillsätta fyllmedel (fyllmedel) till polymerer att öka och minska kostnaderna. Men med utvecklingen av polymerkompositer insåg människor att många fyllmedel kan förbättra de mekaniska egenskaperna (såsom hårdhet, styvhet, tryckhållfasthet, draghållfasthet, slaghållfasthet, etc.), bearbetbarhet och termiska egenskaper hos polymerer på grund av deras speciella fysikaliska egenskaper. och kemiska egenskaper. Under de senaste åren, med den allt mer omfattande tillämpningen av nanoteknik inom tribologi, och själva nanopartiklarna har konstiga yteffekter och effekter på kvantstorlekar, skiljer sig de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos nanofyllmedel från de hos konventionella mikronfyllmedel. Därför modifierar tygkompositer genom att fylla nanopartiklar i tygkompositer, såsom Al₂O₃CaCO₃TiO₂, etc., har också blivit en aktuell forskningshotspot. Fyllmedels roll i polymerkompositer kan sammanfattas som inkrement, förstärkning och nya funktioner. Litteratur [27] påpekade att slitagehastigheten för blandade tyger impregnerade med fenolhartslösning med en massfraktion av W (Sb)₂O₃)=10 procent minskade och friktionskoefficienten minskade under olika belastningar och temperaturer; Och fyllningen av melamincyanurat accelererar friktionen och slitaget. Litteraturforskningen [28] visar att tillsats av en viss mängd nano SiO₂kan avsevärt förbättra slitstyrkan och bärförmågan hos glasfiber / PTFE-fiberhybridtyg, och kan förbättra dess friktionsreducerande prestanda under hög belastning. Litteratur [29] studerade friktions- och slitageegenskaperna hos kevlarfibertygkompositer fyllda med polytetrafluorkarbonvax (PFW). Det visade sig att när w (PFW) =20 procent minskade friktionskoefficienten för kevlarfibertygkompositer med 75 procent, nötningshastigheten minskade med 82 procent och friktionsminskningen och slitstyrkan för kevlarfibertygkompositer var Det bästa. I referens [30] tillsattes grafitpulver till kolfibertyg / fenolhartskompositer, vilket avsevärt förbättrade slitstyrkan hos polymerer.

2.8 Dvanlig yta

I många år har det ansetts att den dubbla ytan på självsmörjande tygpackningar som används på arbetsplatser med låg stress, hög frekvens och liten amplitud, såsom marktransportsystem och helikopterflygkontroll och rotationssystem, bör ha extremt hög hårdhet och ytfinish . Den ursprungliga avsikten med att använda extremt hög hårdhet på den dubbla ytan är att förhindra skräp från hårdare material (såsom hartspartiklar från packningen och metallpartiklar från den dubbla ytan) från att repa den dubbla ytan, eftersom en gång finishen på den dubbla ytan är skadad kommer dessa oregelbundna eller ojämna områden att skada packningen ytterligare och producera mer packningsskräp, vilket resulterar i ökat lagerspel och minskad lagerlivslängd. Därför, för olika inre ringmaterial, bör den yttre sfären av den inre ringen behandlas med olika specialprocesser, såsom ytfosfatering, kromplätering, etc., för att förbättra dess tribologiska egenskaper.

Referens [6] bildade ett nitridpenetreringsskikt på den yttre sfäriska ytan av den inre ringen av titanlegering, och ytråheten var lägre än 18 nm genom bearbetning. Referens [35] bildade ett tennbehandlingsskikt på den yttre sfäriska ytan av den inre ringen av titanlegering med PVD-metoden. För att förbättra prestandan hos självsmörjande sfäriska glidlager föreslog referens [36] att den inre ringen skulle vara gjord av keramiska material, så att arbetsparet som bildas av den och det självsmörjande tygfodret har bättre prestanda. SKF-företaget har försett helikoptertillverkare med självsmörjande sfäriska lager med extremt hög hårdhet keramisk beläggning på den yttre sfäriska ytan av den inre ringen, och PTFE/glasfibervävda kompositpackningar är fästa på den yttre sfäriska ytan av den yttre ringen. Denna typ av självsmörjande sfäriska lager har större lagerkapacitet och längre livslängd och används huvudsakligen i helikoptrars primära och sekundära flygkontrollsystem.

3 Pprestationsutvärderingsindex

Eftersom prestandan hos tyg självsmörjande foder påverkas av många faktorer såsom arbetsförhållanden och förberedelseteknik, och den självsmörjande tygfodret direkt påverkar slaghållfastheten, lång livslängd, självsmörjande och andra egenskaper hos tyg självsmörjande fog. lager är det särskilt viktigt att förutsäga och utvärdera den omfattande prestandan hos självsmörjande tygfoder. Litteratur [38-39] lade fram detaljerade utvärderingsindex för prestandan hos tyg självsmörjande foder under tillstånd av låghastighetssvängning. Kraven i litteraturen [38] om bindnings- och slitegenskaper hos självsmörjande tygfoder är följande: bindningsstyrkan bör inte vara mindre än {{10}}.35 n/mm; När omgivningstemperaturen är normal temperatur, 163, -23 grader och lagret är nedsänkt i vätska, är dynans slitage mindre än 0.11, 0.15, {{20} },20 respektive 0,15 mm under svängtestet av lagerdrift under 25 000 cykler. För närvarande, för utvärdering av prestandaindex för självsmörjande tygfoder, utförs vanligtvis ett stort antal bänktester för att simulera de typiska arbetsförhållandena för ledade lager i praktiska tillämpningar och för att undersöka bärförmågan och friktion och slitage prestanda hos självsmörjande tygfoder, för att förutsäga livslängden för tyg självsmörjande foder och ge referens för design och utveckling av tygfoder.

4 Rsökmöjligheter

Under senare år, med den mer och mer omfattande tillämpningen av självsmörjande ledlager, har friktions- och slitageegenskaperna hos självsmörjande tygpackningar fått mer uppmärksamhet. I framtiden kan självsmörjande kuddar av tyg studeras utifrån följande aspekter:

(1) Studera vidare friktionen, slitaget och smörjmekanismen för självsmörjande tygfoder och optimera material, struktur, förberedelse och bindningsprocessen för tygfoder enligt olika arbetsförhållanden, för att förbättra bärförmågan, värmeledningsförmågan, friktionsminskningen och anti-slitageprestanda hos tyg självsmörjande foder, för att förbättra tillförlitligheten hos tyg självsmörjande ledlager och förlänga dess livslängd.

(2) Successivt formulera och förbättra test- och utvärderingsstandarderna och test- och utvärderingsspecifikationerna för självsmörjande tyger, utveckla och etablera en speciell testplattform för tyg självsmörjande dynor och förbättra utvärderingsmetoderna och metoderna för självsmörjande tyger.

(3) De termodynamiska och dynamiska modellerna av tyg självsmörjande foder är etablerade med hjälp av finita element-metoden, och simuleringsforskningen utförs i kombination med experimentella data.

Mer om Marginal Själv - Smörjande lager:

Som en specialiserad tillverkare av självsmörjande lager och bussningar ägnar Marginal Bearing sig åt att forska och producera nya självsmörjande lagermaterial.

Självsmörjande lager, som namnet antyder, ger sin egen smörjning under drift utan att kräva applicering av fett eller oljesmörjmedel. På grund av detta kallas även självsmörjande lager som underhållsfria eller fettfria lager eftersom de inte kräver eftersmörjning eller fett.

En viktig skillnad att göra är att självsmörjande lager inte är lager som kommer med fett eller oljesmörjmedel i förväg.– dessa lager kallas istället försmorda lager. Försmorda lager kommer att kräva eftersmörjning någon gång under deras livslängd.

Självsmörjande lager fungerar genom att smörjmedel är impregnerat i lagrets glidande lager. Detta smörjmedel kan antingen vara flytande (olja) eller fast (grafit, MoS2, bly) baserat på applikationens krav (som drifttemperatur). När lagret fungerar frigörs smörjmedlet genom porerna i det glidande lagret, vilket smörjer lagerytan. Smörjmedlet är likformigt fördelat genom det glidande lagret och sålunda finns det ingen minskning av lågfriktionslagerprestanda, även om det glidande lagret blir slitet. A"körs i" ytan är vanligtvis också inkluderad i toppen av glidskiktet för att ge lågfriktionslagerprestanda vid start innan det impregnerade smörjmedlet når lagerytan.