3种微织构对径向滑动轴承性能的影响

为揭示表面微织构的几何参数及分布特征对滑动轴承性能的影响,建立具有方形、圆柱形和三角形织构的径向滑动轴承三维有限元模型,在考虑空化效应和紊流影响的前提下,采用基于N-S方程的计算流体力学(CFD)技术对模型进行仿真,对比分析了不同微织构形状、分布位置、密度和尺寸下径向滑动轴承的性能.结果表明:当微织构布置在滑动轴承主要承载区时,可提高滑动轴承的承载能力,降低润滑油流量和摩擦系数;方形微织构对滑动轴承承载能力的提升作用最大;存在一个最优的织构密度、宽度和宽深比,使轴承的承载能力最大.合理的微织构设计可以有效提高滑动轴承的性能.     

微织构特征对径向滑动轴承动特性的影响

在滑动轴承轴瓦(或轴颈)表面加工微织构以提升其工作性能是近年来的热点研究内容,尤其是微织构特征对滑动轴承静特性影响的研究更为多见。滑动轴承动特性对于高速旋转机械系统动力学研究是十分重要的影响因素,因此有关微织构特征对滑动轴承动特性影响的研究也是很有必要的。基于采用轴承出口的质量守恒边界条件和动网格技术,建立了基于N-S方程的微织构滑动轴承动特性分析有限元模型,较为详细地分析了微织构形状、尺寸和分布参数对滑动轴承动特性的影响规律,并通过国外的理论分析结果和试验数据对文中建立的计算模型进行了验证。研究结果表明,与其他微织构特征相比,微织构面积率和周向分布位置对滑动轴承动特性系数的影响更为显著;相较于轴承的刚度系数,微织构特征对轴承阻尼系数的影响较轴承刚度系数更为明显。     

一种新型动压滑动轴承的特性研究

对一种新型动压滑动轴承——螺旋三油楔动压轴承作了探讨。采用有限无法求解雷诺方程,对这种轴承的静、动特性进行了分析计算.结果表明:把油楔加工成螺旋形,不仅有利于将润滑油导入整个润滑表面,而且能明显影响轴承的各项性能,特别是轴承的温升和动力特性有明显的改善,是一种理想的高速轴承。本文对合理螺旋角的大小也作了讨论。     

微造型对滑动轴承摩擦学性能影响的研究

基于N-S方程,利用ANSYS中CFX模块,进行微造型滑动轴承计算流体力学(CFD)分析,着重讨论微造型的几何参数、密度、位置对滑动轴承摩擦学性能的影响。研究结果表明:适当减小微造型的深度或长度、适当增加微造型的宽度有利于增加轴承的最大压力和承载能力、减小轴承的摩擦系数;存在使得轴承承载能力最大或摩擦系数最小的最优微造型密度;在油膜最大压力附近布置微造型,更利于增加轴承承载能力、减小轴承摩擦系数。     

低速重载风电齿轮箱径向滑动轴承多运行状态润滑性能分析

针对风电齿轮箱中径向滑动轴承频繁启动、低速重载、偏航倾斜等工况，基于平均Reynolds方程建立径向滑动轴承瞬时启动与运行工况耦合的润滑性能数值分析模型，分析了启动阶段轴径轴心运动轨迹，获得启动至稳定阶段轴承膜厚变化状态；分别研究了表面综合粗糙度、轴颈倾斜角度、轴颈转速对轴承启动和稳定运行整个阶段润滑性能的影响规律。结果表明：启动阶段偏心率出现最大值，粗糙接触引起破膜风险最大；随着表面综合粗糙度由0.6增大至1.2μm,轴承承载力和摩擦因数均增加，启动阶段的最大承载力和摩擦因数比稳定阶段增加约13.62%和131.58%;随着轴径倾斜角度由0.000 1°增大至0.000 4°,轴承承载力和摩擦因数均增大，且启动阶段的最大承载力和摩擦因数比稳定阶段平均约高出30%和116%;随着转速的增加，轴承的承载力增大，摩擦因数减小，有利于提高轴承性能。计算结果为评价滑动轴承频繁启动工况下的磨损风险提供了重要依据，为滑动轴承的运行温度、油膜压力等轴承结构设计和选型提供参考。     

表面织构参数对径向轴承流体动力润滑特性的影响

为研究表面织构参数对径向滑动轴承流体动力润滑特性的影响,建立了基于经典雷诺方程的表面织构润滑计算模型,设计了具有不同分布位置和几何参数的长方体形状的表面织构,在施加雷诺边界条件的情况下使用有限差分法求解雷诺方程,分析了织构参数对轴承静态特性的影响作用,其静特性参数包括偏心率、偏位角、最大油膜压力、最小油膜厚度、摩擦力及轴承两侧泄油量。数值计算的结果表明:表面织构可以明显改变油膜压力的分布情况,尤其当织构分布在压力下降区和最大压力附近时;与光滑轴承相比,油膜的压力分布有显著的变化,通常分布在轴承上游的织构,可以使油膜压力的峰值增大。此外,织构在轴承表面的分布位置对轴承的其他静态特性有着不同的影响。     

摆动瓦多油楔动静压混合轴承的理论与试验研究

摆动瓦多油楔动静压混合轴承是我们首次研制的一种新型轴承。本文用理论分析和数值计算综合方法,求得了轴承的承载特性,并分析了轴承的有关参数对承载特性的影响。在上述理论研究的基础上,对轴承的承载特性进行了试验验证,证明了理论分析模型及计算程序是正确的。从而,为这种轴承的设计和优化参数选择,提供了可靠的依据。     

球头铣刀最优微织构参数确定方法

为了研究微织构对球头铣刀切削加工性能的影响规律,完成微织构参数的优化,依据粘结摩擦理论研究了微织构刀具的减磨抗磨机理,采用实验验证的方法,验证了微织构刀具具有减磨抗磨特性。采用DEFORM-3D有限元软件进行了不同织构参数刀具的铣削仿真,得出了刀具微织构参数的合理范围。根据仿真得到的参数范围,设计正交试验优化出球头铣刀最优织构参数组合为D=50μm、H=25μm、L_1=130μm、L_2=110μm。     

微凹坑相对位置变化对表面减摩性能的影响

为探讨微凹坑相对位置变化对织构化表面减摩性能的影响,在试件表面分别加工变换微凹坑列与速度方向角度、增大微凹坑横向间距减小纵向间距、以及减小微凹坑横向间距增大纵向间距等三种微凹坑相对位置变化系列的表面织构,利用理论方法分析了表面织构在产生流体动压力时微凹坑之间的相互影响,并利用往复式摩擦试验法进行研究.研究结果表明：在固定的微凹坑直径、深度和面积率下,微凹坑相对位置变化对表面织构的减摩性能具有很大的影响;与微凹坑正方形网格分布的织构化表面相比,微凹坑横向间距与纵向间距比值为r=1/3的织构化表面具有最优的减摩提高效果,在试验载荷200N、曲柄转速400r/min时,可进一步降低摩擦22.14%.     

表面微坑织构对球头铣刀片结构强度的影响

为了分析微坑织构对球头铣刀片的应力与变形的影响,利用DEFORM-3D有限元分析软件对钛合金TC4进行了动态仿真,得到了X、Y、Z方向的切削力.将切削力施加在球头铣刀片相应的接触区域上,借助ANSYS进行静力仿真,分析了微坑织构对球头铣刀片结构强度的影响,并采用正交试验和极差分析法优化织构参数.结果表明,微坑织构可以增大铣刀片的等效应力,并减少铣刀片变形;织构参数对结构强度影响顺序为:间距直径距刃深度.     

轴向往复运动下微槽轴承混合润滑数值模型

建立了考虑轴向往复运动以及轴颈偏斜的人字槽滑动轴承混合润滑(Mixed-EHL)数值模型。通过瞬态平均雷诺方程求解了考虑表面粗糙度效应的油膜压力,通过影响系数法求得轴瓦内表面弹性变形,而界面接触压力则由Lee-Ren粗糙峰接触模型求得。通过数值模拟得到了承载力、接触载荷比、摩擦因数等参数随时间的变化规律,并研究了往复运动间距及偏斜角对混合润滑性能的影响。研究表明:油膜力与轴向速度呈同相变化,接触载荷与轴向速度呈反相变化;随运动间距的增大,滑动轴承在反向运动历程中的承载能力和润滑性能显著降低;偏斜角增大会降低轴承的混合润滑性能以及承载能力。     

表面织构对高速插针机构导轨的表面摩擦性能影响

以插针机中具有表面织构的导轨摩擦副为研究对象,考虑表面粗糙度、载荷波动、速度变化、时变油膜挤压效应等因素,分析表面织构对其摩擦性能的影响。应用计算机模拟生成具有自相关函数的粗糙表面,将Greenwood和Tipp建立的粗糙度接触模型以及Patir和Cheng修正后的平均油膜流体润滑模型耦合构建混合摩擦模型,通过MATLAB软件计算出凸轮的1个转动周期内的每个时刻的油膜压力、微凸体压力、油膜厚度。分析了混合润滑阶段摩擦副的油膜压力分布特点,以及织构数量、表面粗糙度、表面织构尺寸参数对摩擦副润滑特性的影响。结果表明：当底座摩擦副粗糙度方差增大时,油膜压力随之减小;微型凹坑半径取60μm,面积占有比取40%,微型凹坑深度取5μm时摩擦副取得最优润滑效果。     

基于滑动摩擦的摩擦副表面织构优化分析

利用数值计算方法对织构化滑动摩擦副表面的动压润滑模型进行了求解,从理论上分析了表面织构不同截面类型和表面形状对摩擦副的润滑特性的影响,获得了特定工况下的最优织构参数和织构类型。结果表明：表面织构的不同截面类型和表面形状对摩擦副的摩擦系数和承载力有着非常大的影响;各类截面圆形凹坑都存在一个最优织构半径使得摩擦副摩擦系数最低;凹坑底面适当倾斜能够提高织构区域的承载能力和降低摩擦系数;各类典型表面形状中,底边靠近入口的倒三角形获得了最优的润滑性能;将凹坑底面合理倾斜与优化表面形状相结合可使得承载力得到大大提升。     

风沙环境下钢结构涂层的冲蚀摩擦学性能

针对内蒙古中西部地区钢结构体系表面涂层长期遭受风沙环境冲蚀的这一现状,采用气流挟沙喷射法,模拟风沙对钢结构涂层的冲蚀.研究了风沙冲蚀力学参数对钢结构涂层冲蚀率的影响;探讨了涂层冲蚀损伤的摩擦学机理;分析了钢结构涂层的冲击摩擦因数变化规律.结果表明:涂层的冲蚀率均随着冲蚀速度呈指数增长,速度指数n为2.39~2.43;在45°时涂层的冲蚀率最大,90°时涂层的冲蚀率最小,低冲角时的冲蚀率大于高冲角时;涂层的摩擦因数处于0.37~0.42,涂层磨损的Taber指数为81.9×10-3mg/r,涂层的耐磨性较差.涂层损伤的摩擦学机理是:低冲角时的微切削作用或高冲角时的挤压凿削作用造成涂层的损伤占主导,涂层表面微裂纹扩展交叉,以致断裂剥落,造成的损伤次之;涂层冲击摩擦因数离散性较大,且随角度增长呈降低趋势;冲击摩擦因数与冲蚀率随角度的变化并不一致.     

基于田口法的微织构PCBN刀具织构参数优化

利用有限元分析软件ABAQUS研究微织构PCBN刀具车削Cr12MoV的过程,采用田口法进行正交试验设计,通过信噪比分析方法研究刀?屑实际接触面积、切削力和切削温度随织构参数的变化规律,并获得织构参数的最优组合。结果表明,刀?屑实际接触面积分别随织构槽宽和织构刃边距的增大而减小,织构槽宽和织构刃边距对刀具的切削性能影响最显著;与无织构刀具对比,选取最优织构参数组合的微织构PCBN刀具可使切削力降低5.2%,切削温度降低4.7%。     

等、变径浮动滑动轴承耐磨性能实验分析研究

对等直径浮动滑动轴承和变直径浮动滑动轴承在相同条件下进行了磨损实验.在等压作用和其它条件相同的情况下,通过改变工作转速、内外圈间隙、内外圈间隙比、磨损量等参数,进行了多因素的实验,分析其结果,发现无论转速如何变化,对变径轴承,当内间隙较大,外间隙较小时平均磨损量较小;对等径轴承,间隙比较小的磨损量较小.总的趋势是变径轴承的磨损量远小于等径轴承的磨损量.据此得出了变径轴承易于形成动压润滑油膜,其磨损量大小和摩擦功耗远小于等径轴承,从而表明变径浮动轴承具有较等径浮动轴承更优的承载能力;实验研究表明:浮动轴承的内外间隙比在1.17～1.20较为合理,随着转速的增加,可以提高轴承的工作稳定性,减少磨损等结论.     

基于正交试验花键冷挤压成形过程参数分析

为保证花键的成形质量，减小模具的试模成本，利用DEFORM-3D软件模拟花键的冷挤压成形过程，采用正交试验对下压速度、摩擦因数和凹模初始硬度参数进行优化分析；利用最优参数对成形载荷及凹模磨损深度的影响规律进行探讨，验证其正交试验结论。结果表明，使成形载荷和花键凹模磨损程度最优的参数组合为摩擦因数0.08和凹模初始硬度63 HRC。该分析为实际生产提供了理论参考，具有一定的指导作用。     

基于表面织构技术的输送带摩擦性能分析

为防止带式输送机因牵引力不足而出现打滑现象,采用表面织构技术以增大输送带与驱动滚筒之间的摩擦系数,从而提高牵引力。对仿生正六边形凸织构的滑动角度、面积占有率、几何尺寸等因素进行摩擦试验以研究其增摩机理。通过单因素试验和正交试验分析得出：织构化橡胶的摩擦性能要优于光滑橡胶,在增摩的同时又具有良好的摩擦稳定性;织构参数对橡胶滑动摩擦系数的影响按从大到小排序为滑动角度、面积占有率、几何尺寸;增摩效果最优组合为滑动角度为90°、几何尺寸为1.0 mm、面积占有率为60%。由此得出织构化橡胶对提高带式输送机牵引力和改善输送带摩擦学性能具有一定的作用。     

基于自组织映射的高维优化参变量相关性研究

针对多目标优化中计算量大、以及难以提取分析高维数据中的复杂非线性关系的问题,借助自组织映射方法,将隐藏的高维多属性数据特征展现在低维可视空间中。利用NSGA-Ⅱ得到多目标优化问题中的Pareto最优解集,并通过对数据进行聚类分析,从而得到高维最优解集内目标与参数的特征分布、映射关系等特性。以动静压阶梯腔滑动轴承为应用对象,以单位承载力下的摩擦功耗、温升和失稳转速为优化目标,考虑几何结构等约束条件,结合DoE构建相应的低成本、高精度的多目标Kriging代理模型。利用自组织映射方法提取和分析最优特征区域中各目标与参数之间的相关性特征以及映射关系。结果表明,在设计范围内目标与轴向封油边宽度、供油压力之间相关性较强,而与深腔深度、浅腔包角相关性较弱。此方法可更直观地服务于设计人员对于多目标高维优化设计结果参变量的择优。     

AZ31镁合金双曲率方杯拉深成形的有限元分析及工艺优化

基于ABAQUS软件模拟了AZ31镁合金双曲率方杯的差温拉深成形过程,采用正交实验法探索了多种成形参数对AZ31双曲率方杯成形质量的交互作用,优化得到最佳工艺参数,并进行了试验验证。结果表明:双曲率方杯的板材减薄主要集中在凸模圆角附近;成形参数对最大减薄率的影响顺序依次为:压边间隙、凹模圆角半径、摩擦因数、凸凹模间隙;本实验最佳工艺参数如下:压边间隙为1.2 mm、凹模圆角半径为7 mm、摩擦因数为0.05、凸凹模间隙为1.05 mm;依据最佳工艺参数进行试验验证,产品件表面质量优秀,形状和厚度分布与数值模拟结果相吻合;除凹模圆角附近发生晶粒长大外,产品件各部位微观组织为均匀、细小的等轴晶粒,满足实际生产要求。