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无油润滑涡旋压缩机的摩擦学问题研究

作　者: 张静
导　师: 李超
学　校: 兰州理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 无油涡旋压缩机表面粗糙度结构函数法分形维数摩擦系数
分类号: TH45
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

涡旋压缩机以结构简单、噪声低、效率高和可靠性好等优点，在压缩机领域得到快速发展。近年来，随着工业生产的飞速发展，一些特殊场合如食品、制药、空气分离等领域常需要不被润滑油污染的高压气体，为了满足生产的需求，无油润滑形式的涡旋压缩机产品成为了这些特殊场合的首选。目前无油润滑涡旋压缩机摩擦副的润滑是通过镶嵌自润滑材料来实现的。因此，自润滑材料的性能，以及与钢对偶摩擦时的特性，对压缩机的性能有着重要的影响，所以开展自润滑材料性能及与钢对偶摩擦的研究，对无油涡旋压缩机的自润滑材料的设计和压缩机的理论计算具有重要的实际指导意义和理论价值。本文首先在触针式表面轮廓仪上分别采集了聚醚醚酮（PEEK）压膜成形原始表面和经砂纸打磨表面的轮廓曲线，采用结构函数法对所采集的表面轮廓曲线进行了分形表征，结果表明聚醚醚酮压膜成形初始表面和打磨之后的表面均具有显著的分形特征。为探究PEEK不同表面粗糙度与分形维数之间的关系，根据PEEK不同表面粗糙度的轮廓曲线的分形特征和分形维数，利用SPSS统计软件对粗糙度和分形维数两组数据进行拟合并得到最佳的拟合模型。结果表明：分维可以作为一个独立的表征参量来表征粗糙表面的复杂程度和粗糙度水平；由拟合结果可知，对于PEEK，分维与粗糙度存在单调递减的关系，粗糙度数值越大，表面越粗糙，分维数值越小；通过分维值与粗糙度之间的关系式，在一定范围内，可以通过粗糙度值计算得出分维值D。基于分形理论对PEEK表面分形维数、摩擦系数分形维数及其关联对PEEK自润滑材料原始表面特征与球墨铸铁对偶摩擦副摩擦性能的关系进行了研究。通过触针式表面轮廓仪获得PEEK改性前后不同表面的粗糙度并采集了其轮廓曲线和数据，在UMT-3摩擦试验机上对改性前后不同表面粗糙度的PEEK与球墨铸铁配对进行了变载荷、定速度的摩擦试验。运用分形理论随机过程的结构函数方法，分别分析了表面轮廓曲线和摩擦系数曲线的分形特征，并计算出不同表面轮廓曲线以及摩擦系数曲线的分形维数。结果表明：PEEK的表面轮廓曲线和实验摩擦系数曲线具有明显的分形特征；摩擦信号的分形维数与材料的性能、加工方法、材料的初始表面形貌以及摩擦实验工况有较大的关系。摩擦系数曲线分形维数随初始表面分形维数的增大而减小。将球墨铸铁分别与PEEK和PI的复合材料对偶进行了摩擦实验，实验结果表明：原始表面PEEK复合材料的摩擦系数及其相应的分形维数值较小，可以作为很好的自润滑材料；对自润滑材料表面的加工可以使用压膜成形或机加工的方法。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
主要符号表  12-13
第1章绪论  13-22
  1.1 课题的学术背景  13
  1.2 涡旋压缩机的发展历程  13-16
  1.3 无油涡旋压缩机的发展现状  16-19
  1.4 涡旋压缩机的发展展望  19
  1.5 课题的来源与意义  19-20
    1.5.1 课题来源  19
    1.5.2 课题意义  19-20
  1.6 课题主要研究内容  20
  1.7 本章小结  20-22
第2章涡旋压缩机概述  22-31
  2.1 涡旋压缩机的结构及工作原理  22-24
  2.2 动涡盘的受力分析  24-27
    2.2.1 涡旋盘上的气体力  24-26
    2.2.2 涡旋盘上的非气体力  26
    2.2.3 动涡盘所受倾覆力矩及其等效力  26-27
  2.3 无油润滑涡旋压缩机概述  27-30
    2.3.1 自润滑摩擦副的镶嵌方式  28
    2.3.2 自润滑材料简介  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章自润滑材料表面的分形行为研究  31-37
  3.1 分形几何的基本概念  31-32
  3.2 分形维数定义  32
  3.3 表面分形维数测定方法  32-34
  3.4 自润滑材料粗糙表面的分形表征  34-35
    3.4.1 试样材料及其制备  34
    3.4.2 数据采集  34-35
    3.4.3 分形表征结果及讨论  35
  3.5 本章小结  35-37
第4章自润滑材料不同表面粗糙度与分形维数关系研究  37-46
  4.1 表面粗糙度  37-38
  4.2 表面粗糙度的测量方法  38-39
  4.3 SPSS 软件概述  39-40
    4.3.1 SPSS 软件的功能特点  39-40
    4.3.2 利用 SPSS 进行统计处理的基本过程  40
  4.4 自润滑材料不同表面粗糙度与分形维数关系研究  40-44
    4.4.1 实验仪器  40
    4.4.2 试样制备  40-41
    4.4.3 数据采集  41-42
    4.4.4 不同粗糙度的样块表面轮廓曲线的分形描述  42-43
    4.4.5 分维数值 D 与粗糙度 Ra 的关系  43
    4.4.6 结果与讨论  43-44
  4.5 本章小结  44-46
第5章表面对摩擦力及磨损的影响研究  46-56
  5.1 表面接触分形行为  46-49
    5.1.1 W-M 函数  46-47
    5.1.2 M-B 分形接触模型  47-48
    5.1.3 M-B 分形接触修正模型  48-49
  5.2 摩擦力分形预测模型  49-53
    5.2.1 动静涡旋盘摩擦表面接触状态分析  49-51
    5.2.2 微观接触力学分析  51-52
    5.2.3 摩擦力分形预测模型  52-53
  5.3 表面对摩擦力的影响  53
  5.4 摩擦系数与摩擦耗功  53-54
  5.5 表面对磨损的影响  54-55
  5.6 本章小结  55-56
第6章自润滑材料的摩擦性能研究  56-67
  6.1 实验仪器  56-57
  6.2 PEEK 改性前后摩擦性能对比研究  57-64
    6.2.1 试样材料及性能  57
    6.2.2 试验方法  57
    6.2.3 实验数据采集  57-59
    6.2.4 分形表征结果及讨论  59-62
    6.2.5 磨损形貌分析  62-63
    6.2.6 结论  63-64
  6.3 PEEK 及 PI 基复合材料摩擦性能对比研究  64-66
    6.3.1 实验数据采集  64
    6.3.2 分形表征结果  64-65
    6.3.3 结果分析与讨论  65-66
    6.3.4 结论  66
  6.4 本章小结  66-67
全文总结与展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  73

无油润滑涡旋压缩机的摩擦学问题研究

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