基于轧制界面表面粗糙度特征的板带轧机混合润滑特性研究

综合运用平均雷诺方程、Christensen随机粗糙峰分布理论、摩擦润滑理论和金属轧制变形理论,建立考虑表面粗糙度特征影响的轧制工作界面混合润滑模型,并采用该模型系统分析基于不同表面粗糙度方向、压下率、轧制界面膜厚比、接触载荷比、界面流体压力和接触面积比等混合润滑摩擦性能参数随润滑油卷吸速度或工作区位置变化的情况。研究结果表明:粗糙度横向分布更有利于润滑性能的提高;在相同表面粗糙度下,随着压下率增大,接触面积比和膜厚比减小;在相同压下率下,膜厚比随工作界面润滑油卷吸速度的增大而增大,而接触载荷比和接触面积比随之减小;工作界面表面粗糙度对界面流体压力分布有较大影响,在表面粗糙度最小处流体压力最小。     

高速轧制工作界面表面形貌对混合润滑状态下冷轧过程的影响

根据平均Reynolds方程、Peklenik表面模式参数理论和混合润滑条件下大体积塑性变形理论,建立混合润滑状态下冷轧板带分析模型.系统分析混合润滑状态下,基于工作界面表面形貌,工作界面油膜厚度、摩擦因素随速度和压下率变化的情况;以及基于不同的压下率和表面形貌,界面压力、接触面积随工作区位置变化的情况.分析结果表明:在表面粗糙度所有排列方式中,油膜厚度随着压下率增大而下降,表面粗糙度横向排列产生最高的油膜厚度,表面粗糙度纵向排列产生最低油膜厚度.对于同样的压下率,随着界面无量纲速度的增大,表面粗糙度横向排列有最小的油膜厚度增量,表面粗糙度纵向排列产生最大的油膜厚度增量;表面粗糙度纵向排列下的摩擦因数最大,横向排列下的摩擦因数最小,各向同性排列介于两者之间;压下率越高,摩擦因数越高.表面粗糙度横向排列情况下,界面应力的分布要平缓得多.     

高速轧机工作界面非稳态润滑过程界面动力学特性

综合运用轧制理论、流体力学理论、摩擦润滑理论,建立考虑非稳态润滑过程轧机系统力学模型.该模型综合运用界面摩擦模型、轧制力、轧制力矩模型、流体动力润滑模型构成的多重耦合模型,定量分析高速轧机工作界面非稳态润滑过程界面动力学特性.研究结果表明:对于较小的压下率,摩擦应力很小,摩擦应力最大值发生在入口和出口的边缘处,并且在较小的压下率下油膜压应力变化非常小;在较大的张应力条件下,工作区压应力低,油膜剪切应力小,压力梯度也相当小;摩擦应力在入口和出口边缘达到最大;随着张应力的减小,油膜压力增大,剪切应力增大更快,最终达到了润滑油抗剪强度;在全膜润滑或者表面粗糙度很小的情况下,轧制力的平均值和轧制力变化的幅度随着压下率的增加而增加,轧制力的最小值几乎一样,不受表面粗糙度和压下率变化的影响;轧制力矩的变化趋势和轧制力的变化非常相似,然而对于带材表面粗糙度很大的轧制过程,轧制力矩的变化幅度比轧制力的变化小.     

混合润滑条件金属基旋转摩擦元件界面温度场研究

针对机械传动湿式摩擦副热负荷异常导致的元件变形失效问题,基于弹性流体混合润滑理论,增加考虑粗糙界面弹塑性变形带来的影响,建立湿式摩擦副混合润滑热力学模型,并通过摩擦磨损试验机验证其正确性.基于粗糙接触面积、局部压强分布和局部温度分布的仿真结果,分析一定工况下的湿式摩擦副界面状态变化规律,探究接触面压和滑动速率对温度场细观分布的影响.结果表明：随着面压的提升,粗糙接触面积和局部压强逐渐升高,最高温度与平均温度的差距拉大,说明了压力提升可以激化界面承压分配的两极分化;随着滑摩速度的提升,粗糙接触面积和局部压强逐渐下降,界面最高温度先迅速升高后又明显下降,极值出现在0.1 m/s～1.0 m/s区间内.     

混合弹流润滑系统的建模与摩擦学特性研究

为了研究粗糙表面微凸体对混合弹流润滑区摩擦学特性的影响,建立了考虑粗糙表面微凸体的弹流润滑数学模型,可呈现粗糙表面的局部接触状态。通过生成虚拟粗糙表面,分别利用K-E弹塑性接触模型和平均流量雷诺方程计算微凸体接触压力与流体动压力,并且利用快速傅里叶变换技术计算基体的弹性变形量;通过绘制润滑系统的Stribeck曲线,研究了虚拟微凸体、名义载荷、综合粗糙度和微凸体曲率半径对弹流润滑摩擦学特性的影响。结果表明:微凸体的接触压力产生基体弹性变形,使膜厚增加,导致流体动压力减小,微凸体承载比和摩擦因数增大;名义载荷增加导致低速时摩擦因数变小,润滑状态在更低速条件下从边界润滑过渡到混合润滑;综合粗糙度的减小会使Stribeck曲线向左移动;微凸体曲率半径的增大仅使润滑状态加快从边界润滑过渡到混合润滑,然而对从混合区域过渡到弹流区域几乎没有影响。     

考虑粗糙峰弹塑性变形和润滑油性质的有限长线接触副混合润滑模型

基于载荷分享机制和考虑粗糙表面接触变形的统计学模型,建立了耦合粗糙峰接触弹塑性变形与边界膜摩擦化学效应的有限长线接触热弹流混合润滑模型,通过与无限长线接触混合润滑模型的分析结果、有限长线接触光弹流润滑实验以及双圆盘实验结果的对比,验证了所建模型的可靠性,并探讨了表面粗糙度和润滑油性质对接触副润滑性能的影响.结果表明,降低表面粗糙度可以改善润滑状态,从而提高有限长线接触副的极限承载力.     

柴油机全浮式活塞销连接副的运动及润滑特性研究

基于弹流润滑理论、平均流量模型及微凸峰接触理论,综合采用基于模态压缩法的多柔性体和有限差分法耦合求解了某柴油机全浮式活塞销连接副的运动特性及混合润滑特性,并考察了结构表面粗糙度对活塞销轴承摩擦损失功率的影响.结果表明:活塞销的转动角速度较小,在整个做功冲程几乎为0;工作过程中,活塞销轴承大多处于混合润滑状态,仅在吸气冲程和排气冲程连杆摆角最大的时刻附近处于流体润滑状态;可适当减小活塞销（孔）轴承的表面粗糙度来提高活塞销的转速,以显著降低活塞销轴承摩擦损失功率,继而改善润滑状况.      

多片湿式离合器配对摩擦副径向温度分布

针对多片湿式离合器在机械传动过程中产生的热失效问题,研究了工作过程中摩擦副元件的非均匀接触及温度分布。基于多片湿式离合器的工作原理,建立了包括摩擦副间界面比压、冷却润滑、摩擦因数、热变形以及非均匀接触在内的离合器接触特性分析计算模型,并通过动态转矩测量、摩擦副元件测温、静态比压台架试验等验证理论模型完成对接触应力和径向温度分布研究的适用性,同时给出基于径向温度梯度的实时离合器摩擦副热失效判定方法。理论及试验结果表明,在花键力的作用下,多片湿式离合器摩擦界面名义接触比压随远离活塞端逐渐衰减;润滑流量对离合器散热效果显著,随着流量增加,冷却效果收益逐渐减小;即使对于良好磨合的摩擦副元件,其静态比压不均匀分布仍非常明显,摩擦副元件静态非均匀接触使得接触表面压力分布极不规则,存在局部高压区。局部高压区承压超过平均接触比压的4~6倍;摩擦副元件径向温度梯度热变形具有密切的相关性,对于2 mm厚度的钢片,当内外径温差超过100~120℃时,对偶钢片翘曲变形较为明显,易引起离合器工作失效。     

基于非稳态润滑理论的金属塑性加工过程动力学特性研究

基于非稳态流体动力润滑理论和相应的轧机辊缝动力学的基本理论,建立了板带轧制时工作区非稳态润滑基本模型,求解了工作区压应力和摩擦应力分布情况.并对某大型公司轧机进行了仿真分析.通过数值计算,定性地分析了后张应力、非稳态变量角频率、压下率等参数对动态辊缝间压应力和摩擦应力分布的影响.验证了所建模型及仿真的正确性,可以对现场实际中轧机颤振的抑制提供指导.     

表面粗糙度对接触界面间流体流动的影响

文章建立了粗糙接触界面间流动分析模型,研究了黏性流体在压力驱动状态下的流动特性。该模型将界面简化为两平板,用规则微凸体模拟表面粗糙度;定义了面积比、相对粗糙度2个物理量,并分析了它们对流动的速度、压强、壁面切应力的影响。结果表明,界面间层流阻力增加的来源是微凸体附近回流带来的较大压差阻力,用微凸体模拟粗糙度可简化实际复杂表面,通过改变微凸体的结构和分布可以分析工程中接触界面间的流动问题。     

弹性流体动力润滑状态下滚动轴承摩擦的分析

基于非牛顿弹性流体动力润滑(弹流润滑)点接触问题的数值求解方法,对深沟球轴承滚动体与滚道椭圆接触的稳态与瞬态润滑问题进行了分析.依据油膜压力与油膜厚度的数值计算结果,讨论了接触表面粗糙度、表面几何形态(粗糙表面峰谷高度)、滑滚比、接触力以及滚动速度等参数的改变对润滑深沟球轴承摩擦系数的影响.结果表明:表面粗糙度的改变对摩擦系数的影响较小;粗糙度一定时,表面几何形态的差别对摩擦系数影响较小;摩擦系数随着滑滚比的提高而增大;接触力与滚动速度的提高导致摩擦系数增大.     

铝材冷轧中基础油的润滑作用及影响因素

从轧制变形区油膜的形成入手，研究了铝材冷轧中基础油的润滑作用及影响因素．结果表明：变形区油膜的形成及所处的润滑状态受基础油的类型、粘度、轧制速度及表面粗糙度的影响，变形区油膜厚度与润滑作用密切相关，但油膜过厚会导致磨擦因数过小，不利于添加剂作用的发挥和轧后铝板表面质量的提高．因此，变形区处于混合润滑状态时其参数为最佳     

颗粒脱黏对异质摩擦界面点接触弹流润滑的影响

建立了异质摩擦界面点接触弹流润滑模型,利用MATLAB对其进行数值仿真,研究了颗粒脱黏对接触区域油膜厚度和压力分布的影响,并分析了异质材料内部的最大剪应力分布情况。结果表明,不同形式的颗粒脱黏均会增加颗粒分布区域的油膜厚度,其中颗粒上方脱黏的作用最为明显;随着颗粒埋布深度的增加,其脱黏对于膜厚的影响逐渐减小,高弹性模量颗粒脱黏对油膜厚度变化的影响小于低弹性模量颗粒脱黏;颗粒发生脱黏后,油膜压力会在油液移出颗粒分布区域时产生激增,严重影响点接触弹流润滑性能;颗粒脱黏会在颗粒靠近脱黏区域的两侧形成很大的剪应力,从而导致异质材料产生裂纹甚至断裂等进一步失效。     

耦合因素对混合润滑滑动轴承特性的影响

低速工况下处于混合润滑状态的滑动轴承易因变形或倾斜而发生磨损。为分析轴颈倾斜和磨损对滑动轴承混合润滑特性的影响,建立了计入轴颈倾斜和弹性变形的平均流量方程、G-T接触方程和Archard磨损方程耦合模型,采用有限差分法及超松弛迭代法计算混合润滑状态下轴承特性参数和时变磨损参数,对比了轴颈倾斜前后或磨损前后轴承的润滑性能,并分析粗糙度和边界摩擦系数等因素对各性能参数的影响。搭建摩擦磨损试验台测试了倾斜状态下轴承的润滑特性,验证了理论模型的正确性。理论分析与试验结果表明：重载大偏心时轴承转变为混合润滑状态,轴颈倾斜程度越大,轴承越容易发生混合润滑;轴承倾斜后,压力峰值和接触区域形状发生改变,磨损量因而发生变化,并且磨损深度分布沿轴向或周向倾斜;磨损降低了油膜的动压效应,并且使膜厚比降低,导致油膜压力峰值下降约20%,接触压力峰值降低约90%,承载力最高下降约19.71%;对比磨损前后的轴承形貌发现,轴颈倾斜使得磨损集中于间隙减小的一端。该研究可为实际工程中轴承的设计提供理论依据。     

湿式离合器接合特性仿真与分析

为了研究湿式离合器的接合特性,考虑摩擦副表面温度、相对速度、粗糙度以及载荷对摩擦系数的共同影响,基于流体动力润滑理论、粗糙表面弹性接触理论、吸附热理论以及传热学理论建立了湿式离合器接合过程数学模型。分别讨论了接合压力、摩擦副表面粗糙度、摩擦材料渗透性对接合过程中油膜厚度、相对角速度以及传递转矩的影响规律。结果表明：增大接合压力,转矩响应、相对角速度减小速度以及油膜厚度减小速度都会加快,接合时间缩短,最小油膜厚度减小;减小摩擦副表面粗糙度,转矩响应减慢,但相对角速度减小速度和油膜厚度减小速度都会加快,接合时间缩短,最小油膜厚度减小;增大摩擦材料渗透性,转矩响应和相对角速度减小速度以及油膜厚度减小速度都会加快,接合时间缩短,但最小油膜厚度变化较小。     

基于承载因子理论的高转速齿轮润滑特性分析

考虑轮齿在啮合过程中温升及轮齿表面粗糙度的影响,应用Johnson的承载因子理论分析了渐开线圆柱齿轮在高速运动时,不同载荷下其承载油膜的膜厚、剪应力以及摩擦因数沿啮合方向的分布情况,并对比分析了粗糙度对上述参数产生的影响.数值结果表明:齿轮在高速运转时,仍不可避免有粗糙峰的接触;温升明显使膜厚减小,并且沿啮合线这种差别逐渐增加;剪切应力在单双齿啮合区的交替点发生突变,摩擦因数有阶跃变化.啮合节点处剪切应力骤降为0,摩擦因数在此处有波动.     

湿式铜基摩擦副局部接触对摩擦因数的影响

考虑金属的热衰退特性及温度、压力和摩滑速度对混合润滑油膜的影响,建立了湿式铜基摩擦副局部接触摩擦因数计算模型,研究了摩滑过程中湿式铜基摩擦副局部接触状态下摩擦因数的变化规律,并通过销-盘摩擦因数测量实验对摩擦因数计算模型进行了验证.研究结果表明:摩擦元件屈曲变形导致摩擦元件间摩擦状态发生变化,在局部接触条件下,接触区摩擦状态随温度升高可分为油膜主导阶段、微凸峰主导阶段、摩擦因数上升阶段和热衰退阶段4个阶段.其中,油膜主导阶段会随摩滑速度的减小而消失.干摩擦状态下,摩滑速度对摩擦因数影响较小.在混合润滑状态下,摩擦因数随摩滑速度增加而下降,且温度越小摩擦因数衰减越显著.局部接触区平均面压较小时,压力对摩擦因数影响较小,当压力超过100 MPa时,接触面压力开始对混合润滑中的油膜主导阶段产生影响,此时摩擦因数随压力升高而增大.      

考虑热变形和弹性变形的活塞二阶运动数值分析

文章建立了内燃机活塞裙部混合润滑数学模型,建模时综合考虑了活塞裙部外形轮廓、表面波度和粗糙度、活塞裙部和缸套的热变形和弹性变形以及裙部润滑摩擦状况等因素,分析了工作状态下热、弹性变形对活塞二阶运动轨迹、最小油膜厚度以及摩擦力的影响.结果表明相对于冷态,工作状态下活塞二阶运动幅度和摩擦力有所减少,而最小油膜厚度则有所增加...