考虑粗糙度影响的表面织构最优参数设计模型

为考察表面粗糙度对织构表面摩擦学性能的影响,采用求解基于平均雷诺方程的表面织构润滑计算模型的方法,研究综合粗糙度和方向参数等对摩擦系数及最优织构参数的影响规律.结果表明:当织构表面具有横向粗糙条纹时具有较优的摩擦学性能表现;当综合粗糙度σ<0.5μm时,摩擦系数和最优织构深度不随综合粗糙度的变化而变化,当σ≥0.5μm时,摩擦系数和最优织构深度随粗糙度的增大而增大;最优织构直径随综合粗糙度的增大而增大,最优织构面积比与综合粗糙度之间不相关,最优织构参数不随方向参数的变化而变化.在仿真结果的基础上,建立考虑粗糙度影响时表面织构的最优参数设计模型,试验验证所建立的模型是合理的和正确的.     

激光加工凹坑织构对赛龙表面润湿性的影响

为探究凹坑织构对表面润湿性的影响以及表面形貌与润湿性之间的关系,提高水润滑轴承材料表面的润湿性,以赛龙材料为研究对象,使用激光雕刻机在试样表面加工不同凹坑织构.使用接触角测量仪测量表面接触角,运用三维形貌仪和扫描电子显微镜对加工后表面形貌分别进行宏观和微观的测量及表征.选取ISO25178中部分三维参数分析表面形貌与润湿性之间的关系.建立凹坑织构几何模型,基于过渡理论分析凹坑形貌变化对表面接触角的影响机理.研究结果表明:合适的织构设计可以有效提高表面润湿性,减小接触角;织构直径和深度越大,材料表面的接触角越小;ISO25178三维参数体系中峭度、偏斜度与表面润湿性之间有较强的关联性,峭度越小,偏斜度越大,表面润湿性越好;表面接触角余弦值与粗糙度率的变化趋势一致,接触角随粗糙度率增加而降低;通过过渡模型建立了织构参数和接触角之间的函数方程,并通过拟合法对其进行了优化.     

不同粗糙度条件下硅橡胶表面织构润滑特性的研究

为了研究表面织构在不同粗糙度条件下的润滑特性,使用球-盘式摩擦实验机,以具有不同粗糙度和表面织构的硅橡胶(PDMS)试样盘为下试样、GCr15轴承钢球为上试样进行摩擦实验,润滑液采用体积分数为60%的甘油-水溶液.实验结果表明,在较低的滑行速度下,表面织构会增大光滑PDMS试样的摩擦因数,但却降低粗糙PDMS试样的摩擦因数.当摩擦副处于混合润滑状态时,试样表面粗糙度有一个最优值范围,在该范围内织构化的试样具有最优的摩擦性能,如在滑行速度为1mm/s、织构面积率为10.4%的情况下,粗糙度为230nm的试样比粗糙度为20、280和360nm的试样具有更低的摩擦因数.     

织构化的铝合金表面摩擦学特性研究

本文利用精密加工方法在铝合金表面加工出不同的织构,通过摩擦磨损试验研究了表面织构形态对试样动压润滑、摩擦磨损特性的影响。结果表明,铝合金表面织构化可以有效地改善其摩擦学特性。条纹状织构深度越深,动压润滑效果越好,摩擦系数越小,磨损深度越浅;当网状织构夹角由小变大时,试件表面摩擦系数呈现抛物线变化,磨损深度随之增大。     

牙轮钻头滑动轴承仿生鲨鱼皮织构化表面润滑性能

牙轮钻头在超深井和大水平井的使用受到广泛关注,由于地层环境复杂化,为了使牙轮钻头有更高的稳定工作性。通过对合金材料表面织构化处理减摩效果的研究,结合鲨鱼皮减阻润滑的优势,针对牙轮钻头薄弱环节滑动轴承摩擦结合面进行了仿生鲨鱼皮织构化处理,基于所选取仿生织构的形貌参数构建滑动轴承流动润滑理论模型,采用有限差分法求解,获取润滑油的油压分布、承载能力及滑动轴承摩擦力,并探究阶跃冲击载荷下滑动轴承动压油膜的响应情况。结果表明：牙轮钻头滑动轴承流体润滑状态下,深径比大于0.3且面积率大于0.25的仿生表面织构对油膜承载力有增强效果;仿生表面织构在较低油膜压力下对油膜摩擦力影响突出,油膜摩擦力提高了14.12%;偏心率越大仿生表面织构对油膜承载力的提升效果越好,在偏心率为0.8时承载力提高效果达到200.45%;同时仿生织构的对滑动轴承流体润滑的轴向稳定性有提升效果。牙轮钻头滑动轴承仿生织构化处理有效地改善了滑动轴承润滑性能。可见,合适的织构尺寸能进一步提高滑动轴承处于流体润滑的适用工况范围,提高牙轮钻头的使用寿命。     

液压缸活塞微织构化表面动压润滑性能理论研究

为研究液压缸活塞微织构化表面的动压润滑性能,在液压缸活塞表面加工开口形状为圆形、椭圆形、正方形、正六边形的微织构,利用雷诺方程对活塞表面与液压缸缸筒内圆之间的流场进行数学建模,并采用MATLAB软件进行仿真计算,研究微织构开口形状、活塞运动速度及微织构深径比对活塞表面动压润滑性能的影响。结果表明,在活塞表面加工4种不同开口形状的微织构均可改善活塞表面的动压润滑性能,其中椭圆形微织构的改善效果略差;随着活塞运动速度的提高,不同形貌微织构表面的摩擦因数均增大,活塞表面动压润滑性能变差;圆形微织构的深径比为0.009时,活塞表面的动压润滑性能较佳。     

菱形孔织构端面的润滑性能研究

在充分供液的条件下,通过试验研究了菱形孔织构的尺寸、排布方式以及深度对摩擦系数的影响规律及其机理分析。结果表明:具有同样排布方式和倾斜角度的菱形孔织构端面,孔的深度和孔型面积比的大小对摩擦副表面的摩擦性能影响较大;在研究的工况下,并不是所有的大菱形孔织构的Stribeck曲线在流体动力润滑阶段呈现出单调上升的趋势,而是产生波动现象;同条件下,随着载荷的增加,两端面间液膜厚度变薄,摩擦状态由流体润滑状态逐渐转化为混合摩擦状态,导致摩擦系数的不断减小。     

凹坑型微织构对不锈钢/皮质骨摩擦副摩擦性能的影响

采用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机研究了凹坑型微织构在微量润滑条件下对4cr13不锈钢/猪骨皮质骨摩擦副的滑动摩擦性能的影响.利用激光加工技术在4cr13不锈钢盘上加工出不同尺寸的凹坑型微织构.在相同载荷、转速情况下,分析有无微织构对摩擦副摩擦系数的影响,以及凹坑型微织构的直径、间距、深度对微织构减摩性能的影响.结果表明,在试验参数范围内,微织构参数中凹坑的间距对摩擦系数的影响最显著,深度次之,直径对摩擦系数影响最小.     

织构直径对45钢摩擦磨损性能的影响

用激光加工的方法在45钢表面加工4种直径分别为10μm、50μm、100μm、150μm的凹坑。以球-盘副在UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上,考察凹坑直径在干摩擦和乏油条件下织构对45钢摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:在干摩擦条件下,平均摩擦因数随着凹坑直径的增大先增大后减小,在50μm时最大,为0.67;在乏油条件下,凹坑直径10μm时平均摩擦因数为0.15,明显小于其他试样。两种条件下织构面与未织构面相比均表现出更好的耐磨性。与无织构试样相比,织构化试样的磨损率均降低,干摩擦条件下凹坑直径越大磨损率降低越明显,乏油条件下凹坑直径对磨损率影响复杂。     

蠕滑曲线对地铁小半径曲线轮轨接触特性的影响

为了降低地铁小曲线半径处钢轨的损伤,延长钢轨使用寿命,提出合适的轮轨摩擦因数和Kaker权重系数。首先,基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用SIMPACK软件建立了小半径曲线动力学模型,考虑轮轨磨耗与滚动接触疲劳的耦合关系,建立钢轨损伤模型;其次,根据标准工况下动力学计算结果,分析小半径曲线轮轨动态相互作用特征,研究内侧和外侧钢轨的损伤特性,提出了最优损伤方案;然后,设置50个轮轨摩擦因数和Kalker权重系数匹配方案,分析摩擦因数和Kalker权重系数对轮轨动态相互作用和钢轨损伤特性的影响;最后,综合考虑车辆运营安全性和钢轨损伤特性,提出轮轨摩擦因数和Kaker权重系数匹配方案。研究结果表明:在标准工况下,内轨损伤形式为磨耗,外轨的磨耗程度大于内轨磨耗程度,考虑到缓和曲线上累积的疲劳损伤,外轨的使用寿命更低;Kalker权重系数越小,轮轨横向力、脱轨系数和车体横向振动加速度最大值越小,Kalker权重系数越小且摩擦因数对轮轨动力行为、磨耗和疲劳损伤的影响越小。建议小曲线半径地段轮轨摩擦因数应不大于0.2,Kalker权重系数应该不大于0.1,此时内轨和外轨磨耗指数最大值均小于100 N,钢轨几乎不产生磨耗,内轨和外轨疲劳损伤最大值为0,大幅提升了钢轨的使用寿命。     

浮杯泵织构化配流副表面的承载特性仿真分析

浮杯泵作为柱塞泵的新型研究对象,配流副的摩擦磨损限制其高效发展.通过在滚筒板配流面上布置规则的仿生织构,探究其对摩擦副承载特性的影响.选取六种坑形,建立6凹坑润滑油膜模型,采用Fluent软件进行数值模拟,分析油膜的上表面压力分布、压力形成机理以及工况参数和织构参数对油膜承载力的影响.研究结果表明:油膜上表面的承载力中...     

机械密封的摩擦系数与工况参数

讨论了机械密封的摩擦系数与工况参数的关系,提出了各种不同状态下机械密封的摩擦系数与工况参数的关系式,深入分析了混合摩擦、流体静压润滑与流体动压润滑的摩擦系数与工况参数的关系。文中给出了计算实例,这对正确设计、研究和使用机械密封具有理论指导意义和实用价值。     

Numerical Analysis of the Hydrodynamic Lubrication of Micro-grooved Friction Pair

A growing interest is given to the hydrodynamic lubricated friction pair with surface textured. Because of its relatively simple processing methods and low manufacturing costs,micro-groove has become the most valuable form of surface texture,and definitely has broad application prospects in mechanical engineering. Based on numerical simulation,the present study aims to examine the effects of surface forms and cross-section types of micro-groove on the hydrodynamic lubrication performance,and to find out the optimal structural parameter for designing logical micro-grooves. Different surface form and cross-section types are designed to maximize the texture hydrodynamic effect. The average pressure of such microgrooved surface is evaluated in detail,and the variation trends with changes of the length of micro-groove,lp,or the depth,hp,are discussed. The theoretical results show that micro-grooves with rational design contribute to the improvement of hydrodynamic lubrication performance of friction pair largely. For a specific micro-grooved friction pair,the optimal surface form and crosssection type make the lubrication performance best.     

冷轧过程中的混合润滑特性

基于Christensen的表面粗糙峰分布假设,以轧制理论、流体力学理论为基础建立了考虑表面粗糙度的冷轧混合润滑模型,并提出了混合润滑摩擦状态约束关系式用来判别摩擦状态.对不同条件下油膜厚度、接触面积比、压应力及摩擦应力分布情况进行了仿真分析.结果表明:随着压下率的增加,油膜变薄、界面接触面积比增加、应力增大;同时,表面粗糙度对界面接触面积比及应力分布有较大影响,粗糙度增加,界面接触面积比增加,压应力及摩擦应力均增加.较高的润滑液黏度或轧制速度可以有效地降低轧制界面摩擦力及轧制力.     

液压缸活塞表面微条纹织构摩擦性能数值分析

在分析液压缸活塞表面微条纹形貌的基础上,建立微观规则矩形条纹润滑理论模型,采用超松弛迭代方法对油膜压力进行求解,分析微条纹个数和倾斜角对活塞表面摩擦性能的影响规律,以无量纲承载力和摩擦因子作为摩擦学性能评判标准对其进行评判。结果表明,在液压缸活塞表面加工微条纹,能够改善活塞表面润滑性能;随着微条纹个数的增加,活塞表面的摩擦因子降低,油膜承载力上升;随着微条纹倾斜角的增大,活塞表面摩擦因子增大,油膜承载力降低。     

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。