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摩擦在日常生活及工业生产中不可避免,特别是高速旋转的电主轴中,轴承副的摩擦生热直接影响电主轴的使用寿命。如何减小轴承摩擦成为学者研究的重点。混合陶瓷球轴承在高速电主轴中已普遍应用,为了减少轴承摩擦副的摩擦,很多学者都尝试在润滑油中加入纳米添加剂已减少摩擦,改善润滑效果。石墨烯是近年来被发现拥有良好润滑特性的添加剂。本文首先利用实验的方法研究润滑油中添加石墨烯后,石墨烯含量、压力及剪切速度对Si3N4-GCr15摩擦副的摩擦学行为的影响。利用分子动力学方法解释石墨烯添加剂对Si3N4-GCr15摩擦副的减摩机理。研究内容及结果如下:(1)基于多功能摩擦磨损实验机探究石墨烯含量、压力及剪切速度对Si3N4-GCr15摩擦副的摩擦特性的影响。结果表明,压力较大及剪切速度较大时,石墨烯摩尔质量为2.5%的润滑油具有较好的润滑效果。(2)建立润滑体分子动力学模型,假设润滑油主要成分为正十六烷烃(C6H12),加入石墨烯形成润滑体。建立润滑体与氮化硅(Si3N4)及轴承钢(GCr15)的二层分子模型,计算润滑体与Si3N4及润滑体与GCr15之间的吸附能,分析添加石墨烯前后,润滑体与Si3N4及润滑体与GCr15之间的吸附能的变化。结果表明添加石墨烯后,润滑体与Si3N4及润滑体与GCr15之间的吸附能均增加,证明石墨烯具有较好的吸附性。(3)建立GCr15、润滑体与Si3N4的三层分子模型,以限制剪切运动方式探究不同石墨烯含量对Si3N4-GCr15摩擦副的润滑和摩擦的影响。结果证明石墨烯摩尔质量为2.5%时的摩擦最小,说明适当的石墨烯含量可以起到最好的润滑效果。(4)石墨烯的摩尔质量固定为2.5%,探究不同压力、剪切速度对Si3N4-GCr15摩擦副的范德华能、类固膜厚度等润滑特性的影响。结果表明,石墨烯作为添加剂,由于其较好的吸附性,可以增大润滑区域内的范德华能和类固膜厚度。(5)以GCr 15、润滑体与Si3N4的三层分子模型探究石墨烯添加剂对Si3N4-GCr 15摩擦副的减摩机理。结果表明,润滑体在Si3N4及GCr15表面形成的类固膜可以减少剪切应力,进而减少摩擦力。