鋼背襯碳纖維增強聚合物自潤滑復(fù)合材料螺旋副研究.pdf

1、螺旋傳動直接將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動,具有結(jié)構(gòu)簡單、增力比大等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于成型裝備中。目前重載設(shè)備傳動件一般采用滑動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、成本高、價格貴,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,嚴(yán)重制約了它在重載機械驅(qū)動技術(shù)中的推廣應(yīng)用。而傳統(tǒng)的滑動螺旋副摩擦系數(shù)高,傳動效率低,且傳動不穩(wěn)定,易產(chǎn)生低速爬行和顫動。機械裝備技術(shù)的發(fā)展尤其是交流伺服壓力機的出現(xiàn),迫切需要一種效率高、

2、承載能力大、動態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的新型螺旋傳動方式。
　　 目前,滑動螺旋副研究開發(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,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,妨礙了其在工程實際中的推廣應(yīng)用。本項目研究在自潤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、螺母自潤滑襯層的方法。
　　 研究了新型短切碳纖維增強自潤滑復(fù)合材料。通過復(fù)合材料的機械性能及摩擦學(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％。機械性能實驗結(jié)果表明,該復(fù)合材料的粘結(jié)拉伸強度達(dá)16.65～18.12MPa,沖擊強度達(dá)19.67～23.45MPa,壓縮

4、強度達(dá)85.5～90.7MPa。試驗證明,加入偶聯(lián)劑對復(fù)合材料的機械性能有重大影響,其粘結(jié)強度提高了約一半。
　　 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滑效果,實驗結(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,相對無油槽銅.鋼摩擦副在相同的實驗條件下摩擦系數(shù)減小了42.

5、5％。
　　 試驗研究了不同載荷,不同速度對摩擦性能的影響,試驗證明摩擦系數(shù)隨載荷的增加而增大,并且輕載高速啟動可大大降低復(fù)合材料摩擦副的摩擦系數(shù)。試驗時對比了復(fù)合材料-鋼及銅-鋼摩擦副的摩擦性能,相同試驗條件下,NO.2復(fù)合材料油潤滑下摩擦性能優(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)計了鋼背襯碳纖維增強復(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、襯層和潤滑油道,利用該裝置制備了碳纖維增強復(fù)合材料螺母。進行了復(fù)合材料螺母.鋼螺桿螺旋副傳動效率測試試驗,試驗結(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,油潤滑狀態(tài)下μ,值下降了20.2％,傳動效率提高了12.8％。Q=1700N時,油潤滑狀態(tài)下μ,值下降了35％,傳動效率相對提高了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螺母,不僅保留了碳纖維織物增強復(fù)合材料螺母承載能力大,