鋼背襯碳纖維增強(qiáng)聚合物自潤(rùn)滑復(fù)合材料螺旋副研究.pdf

1、螺旋傳動(dòng)直接將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、增力比大等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于成型裝備中。目前重載設(shè)備傳動(dòng)件一般采用滑動(dòng)螺旋或重載滾珠絲杠,由于滾珠絲杠生產(chǎn)工藝復(fù)雜,流程長(zhǎng)、成本高、價(jià)格貴,而且滾珠絲杠承載能力較弱,不能承受大的沖擊載荷,壽命短等缺點(diǎn),嚴(yán)重制約了它在重載機(jī)械驅(qū)動(dòng)技術(shù)中的推廣應(yīng)用。而傳統(tǒng)的滑動(dòng)螺旋副摩擦系數(shù)高,傳動(dòng)效率低,且傳動(dòng)不穩(wěn)定,易產(chǎn)生低速爬行和顫動(dòng)。機(jī)械裝備技術(shù)的發(fā)展尤其是交流伺服壓力機(jī)的出現(xiàn),迫切需要一種效率高、

2、承載能力大、動(dòng)態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的新型螺旋傳動(dòng)方式。
　　 目前,滑動(dòng)螺旋副研究開發(fā)的發(fā)展方向主要集中在研究螺母的材料及螺母結(jié)構(gòu)方面。鋼背碳纖織物/聚合物自潤(rùn)滑復(fù)合材料襯層螺母兼有高的承載能力和低的摩擦系數(shù)的優(yōu)點(diǎn),在重載工況下,該螺旋副的摩擦性能大大優(yōu)于同等條件下的鋼一銅螺旋副。但該螺母制造工藝復(fù)雜,碳纖織物成型困難,妨礙了其在工程實(shí)際中的推廣應(yīng)用。本項(xiàng)目研究在自潤(rùn)滑襯層材料中采用短切碳纖維代替碳纖織物并用注射成型制備

3、螺母自潤(rùn)滑襯層的方法。
　　 研究了新型短切碳纖維增強(qiáng)自潤(rùn)滑復(fù)合材料。通過復(fù)合材料的機(jī)械性能及摩擦學(xué)性能研究,確定了一種具有低摩擦系數(shù),高耐磨、綜合性能優(yōu)良且易于制造的自潤(rùn)滑復(fù)合材料的配方和工藝。這種復(fù)合材料的配方中環(huán)氧樹脂約占總質(zhì)量的50％,石墨占3％,二硫化鉬占12％,碳纖維占13.5％,固化劑占18％。機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該復(fù)合材料的粘結(jié)拉伸強(qiáng)度達(dá)16.65～18.12MPa,沖擊強(qiáng)度達(dá)19.67～23.45MPa,壓縮

4、強(qiáng)度達(dá)85.5～90.7MPa。試驗(yàn)證明,加入偶聯(lián)劑對(duì)復(fù)合材料的機(jī)械性能有重大影響,其粘結(jié)強(qiáng)度提高了約一半。
　　 研究了復(fù)合材料-鋼的摩擦磨損性能。干摩擦狀態(tài)下摩擦系數(shù)為0.125～0.235；油潤(rùn)滑狀態(tài)下,摩擦系數(shù)為0.081～0.141,相比干摩擦狀態(tài)下μ下降了1/3。磨損表面開設(shè)油槽后可大大改善潤(rùn)滑效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,開設(shè)油槽后的復(fù)合材料摩擦系數(shù)僅為0.052,相對(duì)無油槽銅.鋼摩擦副在相同的實(shí)驗(yàn)條件下摩擦系數(shù)減小了42.

5、5％。
　　 試驗(yàn)研究了不同載荷,不同速度對(duì)摩擦性能的影響,試驗(yàn)證明摩擦系數(shù)隨載荷的增加而增大,并且輕載高速啟動(dòng)可大大降低復(fù)合材料摩擦副的摩擦系數(shù)。試驗(yàn)時(shí)對(duì)比了復(fù)合材料-鋼及銅-鋼摩擦副的摩擦性能,相同試驗(yàn)條件下,NO.2復(fù)合材料油潤(rùn)滑下摩擦性能優(yōu)于ZQSn6-6-3。摩擦2h后,摩擦系數(shù)約為青銅的2/3,其摩擦系數(shù)μ=0.077。
　　 設(shè)計(jì)了鋼背襯碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料螺母的注射成型裝置,并采用“反印”法直接成型復(fù)合材料

6、襯層和潤(rùn)滑油道,利用該裝置制備了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料螺母。進(jìn)行了復(fù)合材料螺母.鋼螺桿螺旋副傳動(dòng)效率測(cè)試試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明這種新型的復(fù)合材料螺母具有優(yōu)良的減摩耐磨性能。Q=650N時(shí),油潤(rùn)滑狀態(tài)下μ,值下降了20.2％,傳動(dòng)效率提高了12.8％。Q=1700N時(shí),油潤(rùn)滑狀態(tài)下μ,值下降了35％,傳動(dòng)效率相對(duì)提高了30％。
　　 采用短切碳纖維替代纖維織布,并且采用注射成型制造傳動(dòng)螺母,不僅保留了碳纖維織物增強(qiáng)復(fù)合材料螺母承載能力大,