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空间滚动轴承MoS2薄膜润滑分子动力学模拟*
投稿时间:2022-05-09  修订日期:2022-06-30
关键词:二硫化钼  FeNiCr合金  分子动力学仿真  微观摩擦  空间滚动轴承
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51775072);重庆市科技创新领军人才支持计划项目(CSTCCCXLJRC201920);重庆市高校创新研究群体(CXQT20019);重庆市北碚区科学技术局技术创新与应用示范项目(2020-5)
作者单位邮编
董绍江 重庆交通大学机电与车辆工程学院 400074
程伟伦* 重庆交通大学 机电与车辆工程学院 400074
汤宝平 重庆大学机械传动国家重点实验室 
胡小林 重庆工业大数据创新中心有限公司 
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摘要:
      空间滚动轴承通常使用二硫化钼进行固体润滑,在太空难以对固体润滑剂进行添补因此对轴承的润滑性能存在一定挑战。针对空间滚动轴承往复运动状态下二硫化钼薄膜润滑失效机理不明的难题,提出了采用分子动力学对薄膜润滑过程进行分析的方法。首先以FeNiCr合金作为基底与探针建立了单层二硫化钼薄膜摩擦原子模型,通过构建混合势函数来对原子间的相互作用关系进行描述,其次针对载荷和环境温度这两个空间滚动轴承的重要影响因素展开了二硫化钼薄膜的往复摆动模拟,最后得到了摩擦过程中二硫化钼薄膜的摩擦力、粘附力和磨损情况,并通过计算薄膜的摩擦系数对润滑失效进行判断得出结论。模拟结果表明:1)FeNiCr合金探针在单层二硫化钼薄膜上的摩擦为粘滑运动,载荷在20-100nN范围内探针的摩擦过程不会对薄膜造成磨损但在往复运动过程中润滑性能有所提高。载荷从200nN开始探针的摩擦过程会对薄膜造成磨损,往复运动过程中摩擦系数不断提高润滑性能下降。400nN为单层薄膜的载荷极限,在该载荷下探针会刺穿薄膜与基底接触此时薄膜迅速磨损失去润滑作用;2)环境温度在1773.15K以下对薄膜的润滑作用影响不明显,但达到该温度后薄膜边界处会开始缓慢的熔化,当环境温度达到二硫化钼熔点时薄膜的熔化速度会加快失去润滑作用。结论:1)二硫化钼单层薄膜的接触载荷在8Gpa以下拥有优异的耐磨性和润滑性;2)在薄膜为破损的条件下,反复摩擦过程会对润滑性能带来提升;3)二维层状结构对单层二硫化钼薄膜润滑性能有重要的影响,高温和重载都会对薄膜层状结构造成破坏。
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