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磁流體在軸承中的應用研究

磁流體在軸承中的應用研究

 

磁流體是一種新興的納米流體潤滑材料,是由表面活性劑、基載液和納米磁性顆?;旌隙傻哪z狀懸浮液體,納米磁性顆粒通常采用鐵氧體(Fe3O4)顆粒,所以磁流體普遍為鐵磁流體。磁流體作為一種新型材料,具有超強的順磁性,可被磁場穩定控制,而且磁場梯度作用下的磁流體在軸承摩擦副中具有減摩抗磨作用,可以改善軸承的性能。

 

磁流體以其良好的減摩、耐磨及抗壓性能在軸承潤滑領域得到廣泛關注,包括軸承減振,提高軸承承載性能以及減小軸承摩擦磨損等。目前研究較多的是油潤滑方式的滑動軸承。如對于軸承轉子的振動問題,文獻[1]提出了一種以磁流體為潤滑液的油膜阻尼可控的浮動環軸承,該軸承利用磁流體在外部磁場作用下油膜黏度的可控性,實現對軸承剛度和阻尼的控制,從而抑制轉子振幅。文獻[2]將磁流體應用于靜壓軸承,該軸承主要通過外部磁場對磁流體潤滑劑施加外力。從而產生局部流動阻力和壓力。為了檢測磁流體軸承的承載和減磨性能,文獻[3]將磁流體直接置于環形磁鐵表面,形成圓環油膜,進行玻璃與磁環對壓試驗,結果表明,磁流體提供的液化氣體支承將兩接觸面隔開,從而減小摩擦磨損。該試驗模型只是對壓測試,沒有加入旋轉,檢測磁流體承載能力具有可行性,但對于檢測減磨性能缺乏說服力。

 

為防止漏油,形成高強度的油膜,滾動軸承大多采用脂潤滑方式;但相較于油潤滑方式,潤滑脂摩擦力矩較大,不適用于高速工況,此外,其降溫效果差,容易導致軸承過熱。在安裝有良好供油裝置的情況下,采用油潤滑的滾動軸承雖可克服上述難點,但操作和維護方面不如脂潤滑方便,增加了成本。而磁流體可以克服潤滑脂和潤滑油的難點,互補兩者優勢,既不甩油又能調節油黏度,適用于不同工況下的滾動軸承。

 

在高速下,推力球軸承溝道經常出現乏油的狀況,甚至形成干摩擦。文獻[4]將磁流體應用于推力球軸承定點潤滑進行摩擦試驗,溝道內磨損表面和三維輪廓如圖1所示,由圖可知:在干摩擦情況下,溝道內出現了嚴重的塑性變形、剝落和黏附現象,體現了點接觸干摩擦的磨損機理;隨著常規潤滑油的加入,溝道內磨損情況明顯改善;在無磁場作用的磁流體潤滑情況下,相較于常規潤滑油磨損大幅加劇,甚至接近干摩擦情況;但隨著磁場的添加,溝道磨損大大減少,明顯低于常規潤滑油的磨損情況,其三維形貌和沒有進行試驗的套圈溝道非常接近,平整光滑。該研究結果不僅證實了磁場作用下磁流體具有減緩甩油且減磨效

果極佳的特點,還拓寬了磁流體軸承潤滑的應用研究范圍。

 

磁流體潤滑理論豐富,目前研究側重于運用磁流體動力學基本方程以及磁流體黏度方程,

研究中結合了多孔結構潤滑效應,但對磁流體孔-液擠壓薄膜潤滑效應認識尚不完全清楚,亟需突破;磁流體油膜特性取決于其磁場作用下的黏度可控性,研究中考慮到了磁流體應力耦合效應、孔隙率以及工況參數等影響因素,普遍是以面接觸為潤滑模型,需拓展對點/線接觸下磁流體潤滑機理的研究才能完善磁流體潤滑理論,從而逐步推進其在軸承上的應用研究。


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