基于动力学特性的挖掘机工作装置端面摩擦副间隙磨损机理研究

机械动力装备中常因为作业工况恶劣导致关节端面摩擦副间隙处磨损严重,为了探讨关节端面摩擦副间隙处作业过程中磨损变化行为及作用机理,以某型号挖掘机为例,基于动力学模拟分析两种典型工况下得到动臂关节处动态载荷数据基础上,利用有限元数值模拟技术并修正Archard磨损模型计算得出端面摩擦副间隙处磨损深度与磨损次数的关系,在端面磨损试验机上验证两种工况下关节间隙处耐磨垫片磨损变化过程,在扫描电镜下观察磨损后的表面形貌分析磨损作用机理。结果表明：两种工况下,磨损区域均为环形区域;偏载工况磨损主要与接触应力值大小和偏载角度有关,磨损过程中表面产生锥刺凹坑和交叉犁沟等,磨损机制由疲劳磨损向黏着磨损转化,同时伴随有少量的磨粒磨损;满载启动回转工况磨损主要与接触碰撞程度有关,磨损形式主要为黏着磨损与磨粒磨损。此分析方法对工程机械行业分析其它动力装备关节摩擦副和工程应用具有较好的参考价值。     

涡旋压缩机齿顶密封条摩擦磨损性能的研究

在MMU-2高速端面摩擦试验机上,将4种制作涡旋压缩机齿顶密封条的材料PES、PEEK、纯PTFE、填充PTFE分别与HT250配副,进行干摩擦试验,对比分析在不同线速度下摩擦系数、体积磨损率、磨痕形貌的变化;同时研究填充PTFE在模拟涡旋压缩机工况条件下的摩擦学性能,通过扫描电子显微镜分析摩擦表面转移膜的形成规律,为将该材料应用到齿顶密封当中提供理论依据。结果表明:填充PTFE摩擦性能优于其它几种材料,在不同线速度下摩擦系数变化小,磨损率低,当载荷为300 N,摩擦系数小于0.2,体积磨损率小于5×10~(-6) mm~3/(N·m)。满足涡旋压缩机齿顶密封条在高线速度、低载荷、干摩擦条件下,摩擦系数低、磨损量小的要求。     

聚酰亚胺填充PTFE材料在涡旋压缩机齿顶密封条中的应用

涡旋压缩机齿顶密封条通常由于材料磨损而失效,为了提高密封条的使用寿命,拟将聚酰亚胺填充PTFE复合材料作为涡旋压缩机齿顶密封条材料,通过试验研究其可行性。以某型号涡旋压缩机作为算例,建立密封条受力的数学模型,分析密封条工作载荷的变化规律;根据涡旋压缩机实际运行参数,设计不同的试验条件,将填充PTFE与HT250配副,在MMU-10G端面磨损试验机上进行模拟试验,研究其摩擦学性能;并利用扫描电镜观察摩擦表面的磨痕和复合材料的转移情况。结果表明:当试验条件为200 N、1 000 r/min时,摩擦副摩擦系数最小,体积磨损率为3.328×10-6;当温度超过120℃时,材料发生烧灼现象,磨损加剧。综合分析,在涡旋压缩机正常工作的条件下,将填充PTFE材料作为密封条原材料可有效地提高其使用寿命。     

基于热应力场耦合的涡旋压缩机动涡盘有限元分析

通过采用有限元方法,运用ANSYS软件,对涡旋压缩机动涡盘受气体力载荷工况和受温度载荷、气体力载荷共同作用工况时进行比较分析,并做不同温度载荷下的耦合分析,得出动涡盘变形和应力分布规律,指出了设计分析中应考虑的重要因素.     

高温下轴向柱塞泵滑靴副干滑动摩擦磨损性能*

采用Rtec摩擦磨损试验机模拟不同温度、载荷和转速等工况,研究轴向柱塞泵滑靴副在高温下干滑动的摩擦学规律。通过试验测得的摩擦因数、磨损体积和借助白光干涉三维表面轮廓仪所测得的表面形貌以及磨痕截面曲线,分析其润滑行为及摩擦磨损规律。结果表明：高温下滑靴副的摩擦因数随温度和转速的增大逐渐减小,随载荷的增大而增大;磨损体积随温度的升高先增大后减小,随载荷的增大逐渐增大,随转速的增大先减小后增大;温度和载荷对高温下磨痕的深度影响显著,转速对磨痕的深度和宽度都有影响。研究表明：在高温条件下,在温度为300 ℃、载荷为50 N、转速为75 r/min工况下滑靴副的减摩抗磨效果最好。     

涡旋压缩机动涡旋盘应力及变形的研究

通过对实际工况下涡旋盘的受力分析，建立了有限元分析模型，并由此得到了空调用全封闭涡旋压缩机动涡盘在实际工况下的应力分布特点及变形规律，找出了零件最危险点，得出了对涡旋盘进行强度校核的比较准确的方法，并证明了涡旋齿头部修正的必要性。     

柱塞泵配流副滑摩界面摩擦磨损及热力耦合分析

针对轴向柱塞泵配流副滑摩过程中由摩擦温升所引起的摩擦磨损问题,建立配流副轴对称非稳态热传导方程,利用ABAQUS有限元软件进行配流副摩擦磨损及热力耦合特性分析,并利用端面摩擦磨损试验机进行试验验证。结果表明:在滑摩初期,相比于中低压力,高压力工况更易发生磨粒磨损;随着滑摩进行,材料表面粗糙峰被磨平,加之温度上升,材料强度下降,高转速取代高压力成为接触面温度和摩擦系数增大的主要影响因素,此时的磨损机制主要为黏着磨损;在滑摩过程中,外径出现了应力集中现象,且接触压力高于内径;转速及压力对配流副摩擦温升及磨损特性的影响是非线性的,在相同PV值下,转速比压力的影响更为显著。     

涡旋压缩机静涡旋盘实际工况下的变形分析

对实际工况下的涡旋盘所受载荷进行分析,建立了有限元模型,据此应用有限元计算分析软件对静涡旋盘进行变形分析,得到静涡旋盘在实际工况下的变形规律,并提出了对涡旋盘加工的改进意见     

变载荷下SiC多孔陶瓷的摩擦磨损性能研究

在改进后的MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机上研究变载荷下SiC多孔陶瓷的摩擦磨损性能,通过变载荷和静载荷试验对比分析变载荷对摩擦因数的影响及变载荷下多孔陶瓷的磨损机制。结果表明,变载荷下随着载荷增大SiC多孔陶瓷摩擦因数减小,SiC多孔陶瓷的磨损机制为脆性断裂和磨粒磨损。建立多孔陶瓷和45#钢的环-块摩擦副几何模型,运用有限元分析软件ANASYS Workbench仿真分析变载荷对接触应力的影响。结果表明,SiC多孔陶瓷的接触应力分布不均匀,并且接触应力呈现环-块接触的垂直轴线区域大、两侧小的状态,其中最大接触应力出现在与块接触区域,环和块的最大接触应力位置错开一定的距离。     

一种磨损数值计算方法的实验分析

使用环块磨损试验机和表面形貌仪,选用不同摩擦副材料和通过控制磨损距离、载荷以及转速等变量,研究磨损率的变化,验证一种基于Archard磨损计算模型的数值计算方法。结果发现:磨损深度随磨损距离的变化由一开始的迅速增加逐渐变慢,最后趋向于稳定增加;摩擦副材料的改变对磨损率大小的影响十分剧烈;磨损率随着载荷的增大而增大,但二者之间不是简单的线性关系;忽略温度变化的影响时,磨损率与磨损速度的大小无关。实验证明,该计算模型对不同材料、不同载荷的磨损量计算结果,均与实际实验所得的磨损量吻合良好,但在磨痕深度较浅时相对误差较大。     

浸渍石墨/38CrMoAlA (喷涂)配对密封摩擦副的干摩擦性能

针对干摩擦机械密封在高速运转工况下密封端面的摩擦磨损而导致密封失效问题,通过试验分析几种典型摩擦副材料组对在干摩擦下的摩擦磨损性能。选择浸锑石墨M106D和浸树脂石墨M106K分别与38CrMoAlA以及喷涂Cr2O3、Al2O3的38CrMoAlA硬环组对,采用Plint摩擦磨损试验机,监测摩擦副在高速干摩擦条件下的摩擦因数,分析轴向载荷及线速度对摩擦因数的影响,通过白光干涉仪观测试验前后端面形貌。结果表明：干摩擦下,喷涂的硬环表面石墨转移附着较少,其更耐磨、磨损程度小,浸锑石墨较浸树脂石墨磨损少;6组配对试验主要磨损形式为磨粒磨损,其中浸锑石墨/喷涂Al2O3的38CrMoAlA摩擦副摩擦因数最小;由于石墨的自润滑性,适当增加转速和轴向载荷均有利于降低端面摩擦因数。     

涡旋压缩机涡旋盘变形的有限元分析网格自动生成

提出对各种不同几何参数的涡旋压缩机静、动涡旋盘副三维有限元网格生成的一种方法，并以ＦＯＲＴＲＡＮ７７语言写成。在ＢＧＳ２、ＬＩＢ绘图库的支持下，实现了在微机上图形显示，有限元分析文件的生成。通过对空调用涡旋压缩机涡旋盘变形分析用的有限元网格的自动生成，表明文中的方法及程序是成功的。     

接触应力和相对滑动速度对金属表面自修复膜生成的影响及机制

采用羟基硅酸镁粉体作为润滑油添加剂,在MMU-5G材料端面摩擦磨损试验机上,研究了不同接触应力和相对滑动速度对45^#钢/45^#钢摩擦副磨损表面自修复膜生成的影响及其机制,借助SEM及EDS测试分析摩擦副的表面形貌及表面成分组成。结果表明,接触应力和相对滑动速度对羟基硅酸镁粉体添加剂在磨损表面形成自修复膜影响显著。在接触应力为1.53,3.06,4.59,7.64MPa和在相对滑动速度0.416m/s的工况条件下,试样磨损表面有自修复膜生成。接触应力为3.06MPa和相对滑动速度为0.416m/s时,易于在短时间内达到磨损-自修复动态平衡,自修复效果最为理想。自修复膜的生成过程包含磨粒磨损和摩擦化学反应2个阶段。自修复膜的生成使得试样摩擦磨损表面平整光滑,可以有效降低金属磨损。     

偶件表面粗糙度对PTFE材料摩擦磨损性能的影响

为了研究干摩擦条件下偶件表面粗糙度对聚四氟乙烯(PTFE)密封材料摩擦磨损性能的影响,利用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机,在不同载荷和转速下研究由PTFE材料制作的试验环分别与316L不锈钢和45#钢配副时的摩擦磨损性能,并利用粒形分析仪对PTFE试验环试验前后端面的形貌进行观测;利用触针式轮廓仪对摩擦配副钢环的端面粗糙度进行精确测量,分析表面粗糙度对PTFE试验环摩擦磨损性能的影响。试验结果表明:在干摩擦条件下,摩擦配副钢环的表面粗糙度过高或者过低都会引起PTFE试验环磨损量的增加;定载荷时,PTFE试验环磨损量随摩擦配副钢环表面粗糙度的增大先减小后增大,随转速的增大而增大;定转速时,PTFE试验环摩擦因数随摩擦配副钢环表面粗糙度的增大稍减小后而后增大,随载荷的增大先减小后增大;在相同工况下,316L不锈钢对PTFE试验环的切削和犁沟作用比45#钢更加明显。     

刚柔耦合的涡旋压缩机转子系统的动力学分析

以涡旋压缩机转子系统为研究对象,采用Bushing连接模拟轴承,运用Ansys Workbench软件建立了考虑轴承刚度、小轴和动涡旋盘柔性的涡旋压缩机转子系统的刚柔耦合模型,进行了刚柔耦合动力学分析,得到了实际工况和理想工况时运动副反力,以及实际工况时小轴和动涡旋盘的应力、应变情况。仿真结果表明:实际工况时滚针轴承不承担动涡旋盘的倾覆力矩,倾覆力矩由3对7001轴承来承担,并造成轴向气体力分配不均匀,使2号7001轴承受力过大;小轴、动涡旋盘的强度和刚度符合设计要求。研究结果为涡旋压缩机结构设计和优化提供了理论指导。     

电动涡旋压缩机动涡盘的轴向平衡问题研究

现有电动涡旋压缩机的动涡盘沿主轴轴线方向受到轴向气体力和轴向平衡力作用,而轴向平衡力由于电动涡旋压缩机经常在变转速工况条件下运行而频繁变化,导致动涡旋盘轴向受力的不稳定性,进而影响压缩机性能。针对这一问题,利用FLUENT滑移网格技术,模拟了平衡块在不同转速下对背压腔内润滑油搅动的瞬态过程,得到了润滑油的速度云图和流线图,并发现平衡块搅动会引起轴向平衡力周期性波动,且随转速的增大,轴向平衡力幅度增大,而平均轴向平衡力减小。最后结合轴向平衡力与轴向气体力随主轴转角的变化规律,提出了变相位协调叠加轴向力的优化设计方法,计算发现该方法可使轴向平衡力振幅减小,动涡盘运行更加平稳,可为电动涡旋压缩机设计提供依据。     

基于信息熵的涡旋压缩机振动信号分析

为了定量描述涡旋压缩机的运行状态,应用信息熵理论,建立了一种基于时域的奇异谱熵、频域的功率谱熵、时 频域小波能量谱熵和小波空间特征谱熵的振动信号分析方法,并作为综合评价涡旋压缩机振动状态的定量特征指标。实现了在恒转速条件下涡旋盘固有频率的识别,定量分析了动涡盘轴向振动、径向柔性机构及轻微液击等对压缩机的影响。揭示了变转速条件下涡旋盘3种周期激变的运动形式及信息熵随着压缩机转速变化的规律。研究结果为涡旋压缩机故障诊断提供了基础数据。     

铜镍锡合金干滑动磨损行为研究*

大型装备上的铜镍锡合金工件常常工作在润滑不足或者无润滑的工况条件下,因此有必要研究铜镍锡材料在干摩擦下的性能。采用CEF-I型销-盘式磨损试验机对铜镍锡合金在不同载荷与转速条件下进行干滑动摩擦磨损试验,采用扫面电子显微镜、能谱仪和轮廓检测仪对磨损表面进行检测,研究铜镍锡合金的干滑动磨损行为,并探讨其磨损机制。结果表明：在转速一定时,平均摩擦因数随载荷增大总体呈波动下降趋势,铜镍锡合金试件磨损量先缓慢增加,在较高载荷下快速增加;在载荷一定时,平均摩擦因数随转速增大先增大后减小,铜镍锡合金试件磨损量总体呈先减小后增大趋势;随着载荷的增大,铜镍锡合金的磨损机制由轻微黏着和剥层磨损到明显的黏着和剥层磨损,再到严重的黏着和疲劳磨损,随着转速的增大,铜镍锡合金的磨损机制由磨粒磨损转变为黏着磨损再到剥层磨损。在较低载荷下,随着转速的增大,铜镍锡合金摩擦磨损性能保持很好的稳定性,因此铜镍锡合金适用在高转速较低载荷的干摩擦工况下。     

无油涡旋压缩机齿端面密封机构的设计

针对涡旋压缩机齿端面介质泄漏的特点,提出一种齿端面密封机构模型,通过齿端面开设的密封槽内安装自润滑材料密封条和弹簧,实现涡旋齿轴向间隙的密封。通过分析不同位置的密封条所受压差力情况,将密封条的工作状态分为无压差和有压差2种工况,分别建立密封机构的简化力学模型,通过密封条和动涡盘的受力分析,研究弹簧力、压差力和背压气体力3种载荷对密封机构工作过程的影响。结合受力分析结果,从密封槽深度、弹簧位移、背压腔直径等三方面,实现密封机构的结构设计,获得满足密封机构正常工作时的结构参数取值范围,为涡旋齿端面密封机构的设计提供了理论依据。     

浸渍磷酸盐石墨与9Cr18Mo不锈钢配副的摩擦磨损性能研究

针对航空发动机石墨密封常用的摩擦副浸渍磷酸盐石墨(M234Ao)和9Cr18Mo不锈钢材料,在UMT-TriboLab试验机上进行球-盘、销-盘接触摩擦试验,研究其低速轻载、高速重载工况以及干摩擦、油润滑下的摩擦磨损性能,利用接触式形貌仪、金相显微镜等对摩擦副表面进行观察分析,并分析其磨损机制。结果表明：在油润滑及面-面接触下的摩擦因数和磨损率明显低于干摩擦和点-面接触下;添加油介质可以降低界面摩擦剧烈程度,抑制金属氧化以及降低摩擦因数,特别是在高速重载工况下;M234Ao和9Cr18Mo配副间的磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主,伴随有犁沟、微裂纹及擦伤现象。