内衬厚度对水润滑橡胶艉轴承摩擦性能的影响

基于流固耦合的基本理论,考虑橡胶衬层弹性变形因素,构建出水润滑艉轴承橡胶内衬有限元模型,利用MATLAB软件数值分析橡胶内衬厚度对水膜厚度和水膜压力的分布状况及摩擦性能的影响规律,并在SSB-100型艉轴承试验机上进行试验验证。研究结果表明:在相同的工况下,随着内衬厚度的增加,橡胶衬层弹性变形增大,水膜厚度增大,水膜压力减小;相应地,流体润滑效果越好,摩擦因数越小;在相同厚度下,随着转速的增大,摩擦因数先减小后趋于平稳。试验结果验证了仿真分析的正确性。     

硬度对螺旋槽水润滑橡胶推力轴承摩擦磨损性能影响的实验研究*

水润滑橡胶推力轴承是船舶推进系统中提供轴向支撑力的重要零部件,其摩擦磨损特性严重影响船舶推进工作性能。开展螺旋槽水润滑橡胶推力轴承实验,测试2种橡胶硬度推力轴承在不同工况下的摩擦力,以及高速重载工况下实验前后橡胶层的表面形貌,分析转速、载荷、旋转方向、橡胶层硬度对摩擦因数的影响,以及推力轴承的主要磨损形式。结果表明:相同载荷下,随着转速的增加,2种硬度推力轴承的摩擦因数呈显著下降趋势,摩擦因数下降幅值最大达到了0.51;在高速时,载荷对摩擦因数的影响不显著;高硬度推力轴承在低速时摩擦性能表现更优,而低硬度推力轴承在高速重载条件下不易发生黏着磨损,因此,建议在低速重载条件下使用高硬度橡胶推力轴承,而高速重载条件下使用较低硬度的推力轴承。     

水润滑橡胶轴承的制备及摩擦磨损性能研究

以丁腈橡胶(NBR)为基体,制备水滑润橡胶轴承;研究填料、载荷、转速、润滑介质、NBR品种等因素对橡胶轴承在水润滑介质中的摩擦磨损性能的影响,并分析其摩擦和磨损机制。结果表明,炭黑量和二硫化钼添加量明显影响橡胶轴承的摩擦因数和磨损量;随着载荷的增大,橡胶轴承的摩擦因数和磨损量均呈现先增大后减小再明显增大的趋势;随着转速的增大,橡胶轴承的摩擦因数和磨损量均明显减小,并且在海水中的摩擦因数和磨损量均大于在淡水中的摩擦因数和磨损量。     

橡胶层厚度对水润滑轴承润滑性能的影响分析

在考虑橡胶轴瓦弹性变形基础上,建立水润滑轴承的弹流润滑模型并进行数值计算,从理论上分析水润滑橡胶层厚度对轴承弹流润滑性能的影响。结果表明:一定范围内,相同材料不同厚度的橡胶轴瓦对水润滑轴承水膜压力和厚度有着较大影响。随着橡胶层厚度的增加,水膜压力减小,水膜厚度增加,弹流润滑效果越好;相应地,水润滑轴承所承受的摩擦力会减少,摩擦因数会出现降低的趋势。     

橡胶层厚度对水润滑轴承润滑性能的影响

在考虑橡胶轴瓦弹性变形基础上,建立水润滑轴承的弹流润滑模型并进行数值计算,从理论上分析水润滑橡胶层厚度对轴承弹流润滑性能的影响。结果表明:一定范围内,相同材料不同厚度的橡胶轴瓦对水润滑轴承水膜压力和厚度有着较大影响。随着橡胶层厚度的增加,水膜压力减小,水膜厚度增加,弹流润滑效果越好;相应地,水润滑轴承所承受的摩擦力会减少,摩擦因数会出现降低的趋势。     

水润滑橡胶轴承摩擦磨损性能的研究

以丁腈橡胶（ＮＢＲ） 为基体,制备水滑润橡胶轴承;研究填料、载荷、转速、润滑介质、ＮＢＲ品种等因素 对橡胶轴承在水润滑介质中的摩擦磨损性能的影响,并分析其摩擦和磨损机制。结果表明,炭黑量和二硫化钼添加量明 显影响橡胶轴承的摩擦因数和磨损量;随着载荷的增大,橡胶轴承的摩擦因数和磨损量均呈现先增大后减小再明显增大 的趋势;随着转速的增大,橡胶轴承的摩擦因数和磨损量均明显减小,并且在海水中的摩擦因数和磨损量均大于在淡水 中的摩擦因数和磨损量。     

轴颈表面粗糙度对橡胶材料干摩擦特性的影响

当船舶艉轴承供水系统出现故障或轴承过载时,金属轴颈与橡胶轴承之间会发生局部接触而处于干摩擦状态下。为研究金属轴颈表面粗糙度对水润滑橡胶轴承干摩擦特性的影响,采用TIME3230表面粗糙度测量仪对金属轴颈表面微凸体进行测量,得到金属轴颈表面微凸体的位置参数分布曲线,并对其进行去噪处理;利用傅立叶变换重新构造去噪后的金属轴颈表面粗糙度分布,并依据理论计算金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦因数。金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦因数计算结果与实际情况吻合,说明建立的轴颈表面粗糙度分布模型合理。分析结果表明:在干摩擦状态下,金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦因数随着表面粗糙度函数波幅的增大呈线性增大趋势,随着粗糙度分布函数的特征波长系数的增大呈非线性增大;润滑流动方向顺着加工纹理方向时,摩擦因数比垂直加工纹理方向和与加工纹理呈45°时的摩擦因数都小。因此,选择合理的轴承表面粗糙度的幅值和波长可以提高金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦润滑性能;沿加工纹理加工、装配金属轴颈-橡胶轴承摩擦副,可降低摩擦因数。     

表面润湿性对橡胶滑动接触界面摩擦特性的影响

针对橡胶滑动接触界面,利用自主研制开发的光学原位观测线性往复式摩擦试验机,通过控制蒸馏水与添加剂的配比,对不同润湿性液体润滑条件下的橡胶滑动摩擦过程进行了试验性探究,在此基础之上建立了固-液接触角与橡胶滑动摩擦因数之间的关联性,以期从微观界面润湿的角度解释湿滑条件下橡胶滑动摩擦因数变化的原因。研究表明:当润滑液进入橡胶滑动接触界面时,橡胶的黏滞效应大幅度降低,导致摩擦因数出现断崖式下跌,稳态摩擦因数减小;随着添加剂配比的降低,固-液接触角逐渐增大,润滑液在固体表面上的铺展与润湿性变差,润滑作用减弱,稳态摩擦因数逐渐增大。另外试验结果分析表明,固-液接触角与稳态滑动摩擦因数具有一定的线性相关性(R~2≈0.92),摩擦因数随着接触角的增大而增大。     

纳米粗糙间隙中季戊四醇四酯的薄膜润滑行为

采用分子动力学模拟方法建立光滑和粗糙2种固体壁面结构，研究季戊四醇四酯润滑剂在不同压力、薄膜厚度下，在恒定剪切速度和温度下的薄膜润滑行为。分析壁面间润滑薄膜的密度分布，以及剪切过程中润滑剂的速度分布。输出固体壁面在x向和z向的力学响应，并计算摩擦因数。结果表明：表面纳米结构降低了润滑薄膜的厚度，减弱了润滑薄膜分层现象；当润滑薄膜厚度较大时，V形纳米沟槽有助于减小薄膜润滑系统的摩擦因数；润滑薄膜厚度较小时，V形纳米沟槽表面润滑状态容易从流体润滑转变到边界润滑状态，摩擦因数增大。     

薄膜油润滑中电粘度效应影响研究

利用组合滑块油润滑试验考察了双电层的电粘度效应对薄膜润滑性能的影响，采用施加外加电场和添加添加剂两种方法以改变润滑剂中离子浓度进行试验研究。结果表明：双电层引起的电粘度效应对摩擦因数有明显影响，摩擦因数随着外加电场的增强而变大，当外电场增大到一定程度时摩擦因数开始减小；在离子浓度较小时，摩擦因数随着离子浓度的增加而增大，当离子浓度增大到一定程度时摩擦因数开始减小。     

橡胶线接触摩擦规律的研究

由于橡胶磨损机理与摩擦机理之间密切相关,因此,对橡胶摩擦机理及其规律的了解将有助于深入了解橡胶磨损机理.本文通过对橡胶在线接触下摩擦机理和规律的研究发现:橡胶线接触的主要摩擦机理是粘附,橡胶线接触的摩擦系数随时间周期性变化,并随法向载荷增大而略有下降,且基本不随滑动速度而变化.     

水平井裸眼封隔器密封结构优化研究

针对水平井压缩式裸眼封隔器存在的密封性差、坐封力低、胶筒与井壁间存在间隙等问题,对其密封结构进行改进与优化,设计出一种凸球形隔环和凹球形胶筒组相结合的新型密封结构。运用 ABAQUS 软件模拟密封结构封隔器胶筒的坐封情况,获得胶筒组轴向接触压力的分布规律,并分析胶筒硬度和摩擦因数对接触压力的影响。结果表明：新型密封结构凸球形隔环在轴向压缩胶筒的同时也起径向压缩作用,提高了胶筒与井壁和中心管间的接触压力,增强了封隔器的密封性能;胶筒与井壁间的接触压力随着胶筒硬度和摩擦因数的增大而增大,但过大的摩擦因数会导致下胶筒接触压力明显减小,应选择硬度和摩擦因数合适的胶筒,从而保证封隔器的密封可靠性。     

冰面上橡胶滑动摩擦特性的数值分析

基于摩擦熔化理论,考虑流体动力润滑和热传导的耦合作用,采用打靶法和线性插值法获得了冰面上滑动橡胶块摩擦界面上的压力、流体膜厚及温度的无量纲分布规律,研究了胶块的摩擦特性。结果表明,摩擦界面上的压力峰值随载荷的减小向界面中部移动,摩擦因数与滑动速度的平方根成正比,而与载荷和试样长度的平方根成反比。所用方法可应用于其它材料在冰面上的摩擦及其它情况下的摩擦熔化问题。     

Ni-Fe-W合金镀层的结构形貌及摩擦学性能研究

利用脉冲电沉积的方法制备了Ni-Fe-W合金镀层,讨论了镀液中W的含量对Ni-Fe-W合金镀层组织结构的影响,以及镀液成分对镀层硬度及厚度的影响。分析了Ni-Fe-W合金镀层在干摩擦条件下摩擦因数随载荷以及速度的变化情况,并与Ni-W合金镀层以及硬铬镀层进行了比较,探讨了干摩擦条件下Ni-Fe-W合金镀层的摩擦磨损机制。在高速轻载时,Ni-Fe-W合金镀层在摩擦过程中会生成有弥散强化作用的中间硬质相和起固体润滑作用的氧化物,使其磨损表现为轻微的磨粒磨损。     

封隔器胶筒大变形摩擦接触的有限元分析

关于封隔器胶筒接触压力的求解，目前文献所给出的计算公式均没有考虑摩擦因数对封隔器胶筒接触压力的影响，而摩擦因数对接触压力有较明显的影响。针对胶筒与套管之间的粘-滑摩擦接触问题，采用罚函数技术，结合橡胶大变形问题的增量分析过程，给出解决封隔器胶筒摩擦接触问题的数值方法，并在此基础上对胶筒与套管之间的摩擦接触进行有限元分析。计算结果表明，采用大变形非线性粘弹性理论和接触摩擦描述的有限元模拟技术，可以比较准确地模拟摩擦因数对封隔器胶筒接触压力的影响，所得的结果比经典理论公式的分析结果的精度更高，具有理论价值和工程应用价值，可为胶筒的优化设计提供一定的依据。     

An investigation of the tribological properties of thin KCl films on iron in ultrahigh vacuum: modeling the extreme-pressure lubricating interface

The frictional properties of thin KCl films deposited onto clean iron are measured in ultrahigh vacuum using a tungsten carbide tribotip, where the observed initial rapid decrease in friction coefficient with film thickness is proposed to be due to the formation of a complete KCl monolayer where the friction coefficient of this film is ∼0.27. A 1800 Å thick KCl film shows a hardness and friction coefficient similar to those for bulk KCl when the width of the surface height distribution of the tribotip measured by atomic force microscopy (AFM) is 2000–3000 Å. This implies that the KCl film behaves like the bulk material when the film thickness exceeds the roughness of the interfaces.     

Role of Rubber Stiffness and Surface Roughness in the Tribological Performance on Ice

The aim of this work is to investigate the effect of slider surface roughness and stiffness on the friction between rubber compounds and ice surfaces in order to provide insight into rubber–ice friction generation mechanisms. For this purpose, rubber compounds were designed to have different levels of macroscopic roughness and cured stiffness by modifying the filler system and plasticizer loading. In order to accurately evaluate the effects of surface and bulk rubber property on ice friction, linear friction tests were performed on laboratory ice with varied frictional heat buildup by modifying the friction test protocol. The results showed that the friction force was in general increased through the ploughing effect of a rough rubber block sliding on smooth ice. The increase in friction by ploughing was more pronounced when the contacting rubber block had sufficiently low stiffness and when the accumulation of frictional heat on ice was sufficiently high. It was also evidenced that a sufficiently hard rubber with test conditions leading to low heat buildup on ice could nevertheless lead to an opposite influence of roughness on rubber–ice friction; that is, lower friction force with a slider with a higher roughness.     

复杂工况下电子制动助力器密封圈间隙咬伤机制研究

针对电子制动助力器主缸密封圈在高动态工况下发生间隙咬伤的问题,建立基于Mooney-Rilvlin的橡胶本构模型对密封圈应力进行仿真分析,通过构建间隙咬伤系数参数来定量表征密封圈在复杂因素下发生间隙咬伤的程度及损伤破坏速度。结果表明：在高压工况下,橡胶材料硬度在80以上时,密封圈具有较强抵抗变形的能力,根部不易被挤入间隙中,所以橡胶材料硬度是决定密封圈根部发生间隙咬伤的主要原因;而当接触面摩擦力过大时,活塞在运动过程中会将密封圈唇部挤入缝隙,因而接触面摩擦力是影响密封圈唇口间隙咬伤程度的主控因素。综合考虑材料硬度和接触面摩擦因数2个影响因素,通过正交试验确定了在实际摩擦因数为0.1～0.15的情况下,将橡胶硬度提高到80以上,可有效地降低密封圈唇口和根部发生间隙咬伤的概率。     

A new theory of hysteretic sliding friction

This paper supports the concept that the damping properties of rubber contribute the greater proportion of frictional resistance when rubber slides on an irregular lubricated surface. The author presents and largely validates his rigorous mathematical mechano-lattice analogy analysis for calculating the hysteretic sliding friction of, and stresses in rubber sliding on, variously shaped asperities. The analysis allows large deformations and any Poisson's ratio, rigidity or damping factor of the rubber. A method of applying the results of this analysis to the problem of predicting the coefficient of lubricated friction of rubber sliding on roadstones is shown to be reasonably accurate.     

Wear of copper-based solid solutions

The effect of solute atoms on sliding wear was studied by alloying OFHC copper with chromium, silicon and tin. The hardness was found to increase linearly with the atomic solute content although the rate of hardening was different for different solutes.Microscope observations show that the principal mode of wear is indeed delamination. The results further show that both the wear rate and the friction coefficient are reduced when the solute content is increased. The reduction in the friction coefficient is a consequence of reduced plowing contribution to the tangential component of the surface traction. Both the increase in hardness and the decrease in the friction coefficient reduce the wear since both affect the subsurface deformation rate and consequently the crack nucleation rate. The lower coefficient of friction also reduces the crack propagation rate and the thickness of the wear sheets.