湿式摩擦副滑摩过程摩擦热计算

针对湿式离合器摩擦副的结构特点,研究离合器摩擦副表面粗糙接触情况,改进平均流量模型,建立修正的雷诺方程用于计算滑摩过程中油膜压力和油膜厚度的变化规律。采用Greenwood-Tripp接触模型,建立摩擦副摩擦热方程,模拟湿式摩擦副在滑摩过程中油膜厚度、相对滑摩转速、接合油压以及摩擦转矩变化规律,对摩擦副滑摩过程中微凸体和油膜剪切作用产生的摩擦热进行分析,得到它们径向呈线性和抛物线的分布规律,讨论接合油压和相对滑摩转速对微凸体和油膜剪切作用产生摩擦热的影响,并通过钢片的温度场实验对模拟结果加以验证。研究表明:接合油压越大,单位时间内微凸体和油膜剪切作用产生的摩擦热越大,单位时间产生摩擦热峰值的时间越提前;相对转速差越大,微凸体在滑摩过程中单位时间产生的摩擦热越大,油膜则与之相反,且相对转速的变化对单位时间产生摩擦热峰值的时间无影响。     

液体粘性调速离合器中摩擦副的调速分析

介绍了液体粘性调速离合器中摩擦副的工作机理。在调速范围内 ,液体粘性调速离合器中摩擦副往往在流体润滑、混合润滑、边界润滑直到直接接触的工况条件下工作 ,不同的工况以及负载对液体粘性调速离合器的输出转速和输出转矩有很大的影响。采用表面粗糙度的平均模型 ,以及GT微凸体接触模型 ,对液体粘性调速离合器在调速过程中摩擦副所涉及的工况进行了分析讨论。提出了在稳态条件下 ,输出转速与输出转矩的计算方法。     

等温密封环摩擦状态演变预测与试验研究

结合浮动密封环的工作特点,提出一种基于载荷分配概念的密封摩擦状态演变预测模型。设定载荷分配系数,对粗糙表面微凸体接触和流体润滑接触两个部分摩擦力进行建模计算,根据微凸体承载力和总承载力等参数信息获得总摩擦因数值。模拟计算获得反映密封接触特性的摩擦因数与转速、压力以及表面粗糙度的关系曲线,仿真曲线历经完整的摩擦与润滑区,能够对不同摩擦状态下的接触特性进行预测。利用密封系统试验台对模型进行分析和验证,结果表明两者变化趋势保持一致,具有共同特征,说明密封摩擦预测模型能够真实反映密封摩擦副的接触规律及其变化情况,是预测密封摩擦状态的有效方法。     

方向性微孔对润滑状态转化的影响

基于平均流量模型和微凸体接触模型,研究混合润滑状态下织构表面的摩擦特性,通过数值求解得到Stribeck曲线,分析法向载荷、润滑油黏度、表面粗糙度、方向因子和倾斜角对摩擦因数及名义摩擦副间隙等摩擦性能参数的影响规律。结果表明：混合润滑条件下,随着载荷的减小或润滑油黏度的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,混合润滑转变为流体润滑时的临界转速降低;随着表面粗糙度的增大,摩擦因数和名义摩擦副间隙均增大,临界转速升高;随着倾斜角的减小或方向因子的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,并且倾斜角越小,临界转速越低。     

线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能

为研究线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能,建立其理论模型,并运用多重网格法进行数值分析,探讨工况参数(载荷、转速)和微织构参数(面积占有率、深径比)对表面油膜压力的影响;在MMW-1A摩擦磨损试验机上研究微织构面积占有率与摩擦因数的关系。结果表明,线接触条件下微织构化表面的油膜平均压力随着载荷和转速的增大而增大,随着微织构面积占有率的增大而先增大后减小,随着深径比的增大而减小;而摩擦因数随着微织构面积占有率的增大而先减小后增大再减小;存在最优的微织构面积占有率,使得油膜平均压力最大和摩擦因数最小。试验结果较好地验证了数值模拟结果,表明线接触摩擦副织构化表面具有较好的减摩特性。     

液黏传动可控启动过程混合摩擦转矩特性研究

为了研究矿用重型刮板输送机可控启动装置中液黏传动可控启动过程混合摩擦阶段的转矩特性，基于雷诺方程建立了油膜承载力和剪切转矩数学模型，并根据G-W模型建立了微凸峰接触转矩模型，最终以刮板输送机实现S形曲线，得到了可控启动过程中摩擦副的承载特性和转矩特性。结果表明，可控启动过程中，摩擦副间油膜厚度按反S曲线随时间增大而减小；摩擦副的承载力和转矩不断增大，其中微凸峰为总承载力和转矩的主要承担部分，并且不断增大，而油膜承载力和转矩则只占据小部分并不断减小。研究结果为可控启动装置可控启动过程转矩特性预测和控制部分设计提供了理论依据。     

基于偏态接触表面粗糙度的纸基摩擦材料湿式制动器啮合特性研究

为了提高和改进湿式多片盘式制动器的制动特性,以轮式挖掘机驱动桥的湿式多片式盘式制动器为研究对象,针对湿式制动器纸基摩擦材料的偏态接触表面和粗糙度特性,通过对比Weibull和Gaussian微凸体分布,研究在新摩擦材料阶段、跑合阶段以及磨平阶段材料摩擦系数变化规律和制动啮合特性。分析结果表明,对于微凸体接触压力模型使用Weibull微凸体分布要比使用Gaussian微凸体分布分析效果好,Weibull分布预测制动啮合时间要比使用Gaussian分布长;通过将啮合表面偏态特性带入计算同时结合使用Weibull分布,得出在制动啮合的初始阶段存在一个转矩波动,这是制动阶段产生震颤的主要原因;对于一个斜率为正的摩擦因数-速度曲线能够减小在啮合末期附近的制动转矩增加;通过在计算模型中加入材料的偏态接触表面和粗糙度特性结合Weibull微凸体分布得出计算结果与试验结果符合度高。     

液黏传动摩擦副软启动过程承载特性研究

以刮板输送机可控启动装置液黏传动软启动过程为研究对象,考虑摩擦副表面粗糙度及工作油的离心力,基于平均流量模型求解了油膜厚度及油膜压力的变化规律。基于Greenwood-Tripp接触模型建立了摩擦副粗糙接触压力和转矩方程,利用转矩平衡原理对软启动过程中摩擦副承载特性的时变性进行了分析。结果表明：当启动时间10 s,额定输出转速45 r/min,启动过程遵循S形曲线变化时,油膜厚度按照反S形曲线逐渐减小,并趋于恒定值;油膜压力随时间先增大后减小,且沿径向的分布与启动时间密切相关;摩擦副间压力按照S形曲线增大;负载越大,启动时油膜越薄,摩擦副间压力越大。研究结果为准确地分析摩擦副热特性提供了先决条件,同时也为控制策略的制定奠定了理论基础。     

考虑摩擦和微凸体相互作用的结合面接触刚度和阻尼模型

基于三维分形理论,建立了同时考虑摩擦和微凸体相互作用影响的结合面法向接触刚度和接触阻尼分形模型。通过对所建模型仿真,分析了摩擦因数、分形维数、分形粗糙度参数和接触载荷对接触刚度和接触阻尼的影响。研究结果表明,该模型的接触刚度和接触阻尼随着法向载荷和分形维数的增大而增大,且会随着分形粗糙度参数的增大而变小;接触刚度随着摩擦因数的增大而减小,而接触阻尼则随着摩擦因数的增大而先增大后减小。另外将仅考虑微凸体相互作用和既无摩擦又无微凸体相互作用的情况进行了对比分析,进而得到当分形维数D=2.4时,微凸体相互作用会稍微增大接触刚度;当D≥2.5时,微凸体相互作用会减小接触刚度,且减小的程度越来越大;当2.4≤D≤2.9时,微凸体相互作用会减小接触阻尼。此外,将所建模型的仿真计算结果与实验数据进行对比分析,验证了所建模型的正确性。     

粗糙表面微凸体对液黏传动的影响

为研究液黏传动过程中粗糙表面的承载特性,将分形理论引入到两粗糙表面摩擦过程之中,分析传动过程中混合摩擦和边界摩擦两阶段的微凸体承载过程,考虑微凸体弹塑性变形,对M-B模型进行修正,建立修正的微凸体承载模型。建立基于修正M-B模型的微凸体承载模型。通过数值仿真得到有效面积系数、分形参数对液黏调速离合器传动过程的影响规律;对修正的微凸体承载模型的计算结果与M-B模型的计算结果进行对比分析。结果表明:微凸体接触载荷和传递转矩随着面积比的增大而增大,当有效面积系数与尺度系数增大时,接触载荷与传递转矩均有所增大;分形维数为1.5时,微凸体接触载荷与传递转矩最小且随面积比的变化最为缓慢;在整个接触区域内,弹性变形区域的面积、接触载荷以及传递转矩最大,其次是弹塑性变形区域,塑性变形区域最小;考虑弹塑性变形时,微凸体接触载荷与传递转矩均有所下降;修正M-B模型和M-B模型间的修正系数范围在25%以内,修正系数随着有效面积系数、尺度系数的增大而增大,随着分形维数的增大而减小。     

基于微凸体侧接触模型的机械密封端面混合摩擦热理论预测

基于微凸体侧接触模型,推导了机械密封端面混合摩擦热计算式,研究了转速、摩擦间隙和粗糙度对常用机械密封端面混合摩擦热的影响。结果表明：常用混合摩擦状态下的机械密封端面微凸体接触多为第Ⅱ类弹塑性接触;当转速ω ≤ 2 800 r/min时,微凸体接触摩擦热所占比重较大,但随着转速上升,黏性摩擦热比重逐渐增大至百分之百;随着摩擦间隙d的增大,黏性摩擦热和微凸体接触摩擦热曲线均呈下降趋势,当d ≥ 2.8σ时,微凸体接触摩擦热减小至零,而黏性摩擦热随d变化不大;随着粗糙度的增加,端面摩擦热先下降后上升,在近1.6 μm处最小,因而在机械密封设计时,存在某一粗糙度使混合摩擦热最少。     

计入柱塞套弹性变形的柱塞副摩擦与密封特性分析

综合考虑径向柱塞泵柱塞副粗糙表面接触和弹性变形,建立混合润滑状态下柱塞副弹流润滑理论分析模型,并结合有限差分法与有限单元法,基于MATLAB和ANSYS开展联合仿真,分析不同入口压力及凸轮转速下柱塞副弹性变形及表面形貌对摩擦与密封特性的影响。结果表明：柱塞套弹性变形对柱塞副微凸体接触影响显著,且影响程度与入口压力及凸轮转速有直接关系;弹性变形及表面形貌均在一定程度上影响摩擦功耗及泄漏量且弹性变形的影响更大;柱塞副摩擦与密封特性对工作条件较为敏感,随着入口压力或凸轮转速的增大,摩擦功耗、压差流量与剪切流量均有不同程度的增加。     

基于分形理论的滑动摩擦表面接触力学模型

依据分形理论,考虑微凸体变形特征及摩擦作用的影响建立滑动摩擦表面接触力学模型。采用一个三次多项式来表达弹塑性变形微凸体的接触压力与接触面积的关系,从而满足在变形状态转变临界点处的微凸体接触面积与接触压力转化皆是连续和光滑的条件。推导出滑动摩擦表面临界弹性变形微接触面积、临界塑性变形微接触面积、量纲一真实接触面积的数学表达式。理论计算结果表明,表面形貌一定时,真实接触面积随着载荷的增大而增大;载荷一定时,真实接触面积随着特征尺度系数的增大而减小,随着分形维数的增大先增大后减小;当表面较粗糙时,摩擦因数对真实接触面积的影响很小;随着表面光滑程度的增大,摩擦因数对真实接触面积的影响增大,真实接触面积随着摩擦因数的增大而增大,特别是当摩擦因数较大时,真实接触面积增大的幅度也较大。接触力学模型的建立,为研究滑动摩擦表面间的摩擦磨损性能提供了依据。     

考虑空化效应的表面微凸体织构摩擦副润滑性能研究

采用数值模拟方法，分析在不同速度和不同结构参数条件下微凸体织构的摩擦副润滑过程,研究在流体润滑条件下摩擦副表面的微凸体织构诱导空化效应的规律。结果表明：增加表面之间相对运动速度、微凸体织构的宽度或高度、微织构前段和后端的角度，均能导致空化区域面积增加，〖JP2〗使诱导空化现象更加明显；空化效应的出现抑制了微凸体后端负压区压力的降低，使得摩擦副的承载能力提高；空化效应可使界面之间由液体润滑转变为局部的气体润滑，使得界面之间摩擦因数的数值明显减小；考虑空化效应时，具有微凸体织构的摩擦副的承载力比不考虑空化效应时提高了35~74倍，摩擦因数降低了97.5%~98.7%。微凸体织构诱导产生的空化效应对提升承载力与降低摩擦因数的作用，明显大于微织构形成的流体动压作用，因此可以认为微织构诱导产生空化效应是微织构摩擦表面的一种重要承载机制。     

压力对湿式离合器局部润滑与摩擦特性影响研究

湿式离合器存在因局部润滑工况恶化而加速失效的问题，且目前很少有学者从局部微观角度出发，研究压力对湿式离合器局部润滑与摩擦特性的影响。为此，从局部微观角度出发，对湿式离合器局部润滑与摩擦的压力影响特性进行了仿真分析和试验测试研究。首先，采用平面副热弹流混合润滑模型，求解了微凸峰承载力和流体动压的大小；然后，设计了湿式离合器小试样销-盘试验，测试了各压力工况条件下，离合器局部润滑和摩擦特性的变化规律；最后，结合仿真计算和试验测试，研究了压力对局部压强分布及承载比、实际接触面积、局部温升和摩擦系数的影响。研究结果表明：随着平均面压从1.4 MPa升高到4.2 MPa,润滑油膜厚度减小，更多的微凸峰开始接触，实际接触面积率从不足1%快速增大到约4.5%;同时摩擦系数从约0.047快速增大到约0.074,且摩擦系数的增大速度与实际接触面积率的增大速度基本一致。     

面接触条件下织构表面摩擦特性研究

为研究织构表面对面接触摩擦副摩擦特性的影响,设计和制造4个表面高度算术平均值相同、表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28% 的试件,选用HDM20端面摩擦磨损试验机,针对油润滑和脂润滑两种润滑剂,在不同载荷、转速等工况和不同摩擦副配对材料等条件下进行了试验研究,探讨表面形貌对摩擦特性的影响规律,并使用Talysurf CCI Lite 非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量,采用ISO25178定义的体积参数和连通性系数对三维表面形貌进行表征,从而得出表面体积参数及连通性系数与摩擦因数的关系。结果表明：在油润滑条件下表面形貌的微观结构特性对摩擦的影响要比脂润滑条件下的更显著;在钢对铜摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化比较复杂,在钢对钢摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化相对平稳;在不同的条件下,最优的表面微观结构特性也不同;将连通性系数和体积参数结合起来对表面形貌进行表征将更有利于表面微观结构特性的摩擦学设计。     

基于分形理论的柱塞泵/马达配流副润滑特性研究

为研究配流盘表面形貌对配流副润滑特性的影响,采用分形理论模拟配流盘表面形貌,建立轴向柱塞泵配流副润滑模型,使用有限差分法对模型进行求解,探讨分形参数对表面轮廓的影响,并进一步分析分形参数和配流副工况参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：分形维数越大,表面轮廓形貌复杂度越高,且粗糙表面高度随尺度系数减小而降低;随着缸体倾角和转速的增大,油膜承载力提升,但摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数也随之升高;配流副润滑性能与分形维数呈现正相关的关系,选取较大的分形维数有利于提升配流副的润滑性能;尺度系数越小其摩擦力越小,但承载力也减小,因此需选择适中的尺度系数。     

沟槽对湿式离合器摩擦副啮合性能的影响

对表面开设带一定倾斜角度的窄矩形沟槽湿式离合器摩擦副的啮合过程进行了分析.基于已得到实验验证的理论假设,采用微凸体接触模型的威布尔分布,建立基于平均流量模型及威布尔分布的接触因子的摩擦副研究分析模型;推导出摩擦副的流体润滑控制方程,将复杂的啮合过程映射到一维润滑问题下进行求解.讨论了沟槽深度、数量、倾斜角度对啮合性能的影响,结果表明:渗透层厚度越厚,渗透率越高,啮合时间越短,啮合转矩峰值越大;对于3种类型沟槽,三角形沟槽啮合时间最短,圆弧形次之,梯形沟槽啮合时间最长;沟槽倾斜角度越大,啮合转矩越低,啮合时间越短;而沟槽深度对啮合特性影响不明显.     

线接触滑——滚条件下微凹坑表面摩擦特性

线接触副在工程中广泛存在,且大多工作在弹性流体动压润滑状态下。为研究微凹坑对线接触摩擦副摩擦学性能的影响及表面三维表征参数与摩擦学特性之间的联系,采用激光微造型技术通过控制微凹坑面积占有率、凹坑深度、间距等参数加工制造4个表面粗糙度相同,且表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28%的圆柱形试件;然后使用Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量,且采用ISO25178定义的参数对三维表面形貌进行表征;并在电气化改造后的JPM-1型双盘摩擦磨损试验机上,针对不同滑滚比、不同载荷、不同转速等工况,完成一系列线接触弹流摩擦试验。结果表明,表面形貌的微观结构特性对线接触摩擦副的摩擦特性具有明显的影响,并给出表面体积参数以及特征参数与摩擦的关系;同时,在不同的工况条件及不同的滑滚比下表面结构特性对摩擦的影响效果也不同。     

高速滑滚接触条件下摩擦副的热分析

高速旋转摩擦副生热加剧会引起零部件的工作温度异常升高,严重时会导致摩擦副表面润滑失效、摩擦副胶合甚至咬死,严重威胁系统的正常运行。针对摩擦生热问题,建立高速滑滚摩擦副的表面温升计算模型:分别利用接触理论和传热学分析两滚子摩擦副的接触特性和摩擦生热,将结果作为边界条件施加到接触摩擦副的有限元模型中,得到摩擦副的表面温升及沿深度方向温度变化情况。通过与高速台架试验中获得的摩擦副表面温度进行比较,表明了高速滑滚摩擦生热模型正确,为分析摩擦副表面热失效行为提供了理论基础。