表面织构排布方式对径向滑动轴承摩擦性能的影响

基于Navier-Stokes方程,建立表面织构化滑动轴承数值分析模型,采用压力耦合方程的改进半隐式(SIMPLEC)算法进行求解,分析表面织构排布和形状对滑动轴承摩擦性能的影响。结果表明：在收敛楔入口排布十字形织构时可以显著提高承载能力;在收敛楔中部周向排布沟槽和短沟槽织构比轴向排布更能显著改善轴承摩擦性能,且排布倒椭圆、菱形和十字纹理可以更明显地改善滑动轴承的摩擦性能;在收敛楔出口排布织构不能改善滑动轴承的摩擦性能,而在发散楔只有三角形织构可以改善轴承的摩擦性能。设计5种新型复合织构排布方式,分析其对轴承摩擦性能的提升效果。结果发现：复合型织构比单一类型织构更有利于提高轴承摩擦性能,其中在收敛楔入口布置十字形织构,收敛楔中部分别布置周向沟槽、短沟槽和十字形织构,发散楔布置三角形织构的3种复合型织构设计轴承性能提升效果显著,使承载力分别提高了15.69%、15.66%和17.16%,摩擦因数降低了3.75%、4.17%和2.92%。     

沟槽形表面织构对摩擦噪声的影响

用电加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出沟槽形表面织构(沟槽深度为30μm、宽度为150μm、间距为500μm),采用球—平面接触方式,选取直径为10mm的Si3N4球为对磨副,对沟槽形织构表面和光滑表面进行了摩擦噪声对比试验,研究了沟槽形表面织构对界面摩擦振动噪声的影响。试验结果表明(以下结论只针对本试验选定尺寸规格的沟槽形表面织构):法向载荷对织构表面产生摩擦噪声强度的影响较小,而对光滑表面产生摩擦噪声的水平具有重要影响;沟槽形织构表面在低法向载荷下较光滑表面更易产生摩擦噪声,但随着法向载荷从5N增大到10N,光滑表面产生的摩擦噪声强度迅速增大并与织构表面的接近;沟槽形表面织构使摩擦系统更易产生多频率的摩擦振动,较早地产生摩擦噪声且其主频率成分较复杂;沟槽形织构表面比光滑表面具有较高的摩擦因数和耐磨性,沟槽形织构的存在明显地改变了接触界面摩擦磨损行为和摩擦噪声特性,但其对应关系需要进一步深入研究。     

织构分布影响钻头轴承减磨性能的仿真和实验研究

针对织构分布角度对织构润滑减磨性能影响的问题,基于Reynolds方程建立单一织构全油膜润滑条件下的动压润滑理论模型,求解不同分布角度下织构表面动压润滑性能,并计算织构表面空化单元数目,从织构表面空化效应角度分析织构分布角度对织构动压润滑性能的影响。开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下单元摩擦学实验,通过对比摩擦副试样表面摩擦学性能分析织构分布角度的影响。数值仿真结果表明,织构表面空化离散单元数目越多,其动压润滑性能越好;单元实验研究结果则表明,基于捕获磨屑、减小二次磨损的作用机制,织构单元垂直于滑移方向的边长越长,织构表面的摩擦磨损性能越好。     

基于流体动压润滑效应的人工髋关节材料表面织构优化研究

以销-盘试验为模型,基于有限差分法,以Reynolds方程为理论基础,建立含有表面织构的人工髋关节材料的摩擦表面在全膜润滑下的数值模型,分析表面织构各个参数对两摩擦表面间油膜压力分布的影响。结果表明,在该模型条件下,销-盘摩擦表面间能够形成流体动压润滑,不同的表面织构参数对销盘摩擦表面间的油膜压力分布产生较大的影响。通过该模型可得到实现最佳摩擦表现的最优化的表面织构参数,从而为人工髋关节材料销-盘实验的设计提供参考。     

铟强化椭圆复合表面织构润滑计算

提出铟强化椭圆复合表面织构润滑计算模型,当两表面间的润滑油膜厚度远小于椭圆表面织构单元的凹槽深度,应采用Reynolds方程;当润滑油膜厚度大于织构单元的凹槽深度,应采用动量方程进行计算;并应根据形貌类型几何参数摩擦工况接触方式界面材料性能润滑油以及环境影响等因素进行修正。     

基于CFD分析的表面织构润滑计算适用方程研究

为提出N-S方程和Reynolds方程在建立表面织构润滑计算模型时适用范围的判据,对流体润滑条件下织构表面的流体动力学表现进行研究。采用求解基于N-S方程的表面织构润滑计算模型的方法研究惯性项对织构表面流体动力学性能的影响规律,并通过改变流体域典型长度尺寸l与摩擦副间隙h0的比值对Reynolds方程的适用范围进行探讨。结果表明:当l/h0<46时,惯性项的影响不可忽略,必须采用N-S方程进行织构表面的理论建模;惯性项的影响越显著,织构表面的承载力越大,而流体域中涡流也越容易产生,因而在进行表面织构参数设计时,使惯性项影响增大的同时要尽量避免织构内部涡流的产生;当l/h0≥46时,惯性项的影响可以忽略不计,可以采用Reynolds方程代替N-S方程建立流体润滑条件下表面织构的润滑计算模型,但此时必须考虑空化现象对压力分布的影响。研究结果为表面织构的设计及理论建模提供了一定的参考。     

不同类型织构的动压润滑性能评价方法及实验验证

基于雷诺方程建立牛顿流体润滑条件下单一织构表面动压润滑理论模型,求解不同类型织构表面动压润滑性能,计算织构表面偏态和峰值,从偏态和峰值角度分析织构类型对动压润滑性能的影响;开展压裂泵模拟工况下柱塞-密封橡胶摩擦副单元摩擦学实验,研究不同织构类型对柱塞密封副摩擦磨损性能的影响。实验结果验证基于偏态和峰值分析织构类型对动压润滑性能影响的合理性。仿真结果表明,相同条件下,对于不同类型表面织构,表面偏态越小、峰值越大,其动压润滑性能越好;研究的3种织构中,圆形织构表面动压润滑性能最优,其次分别为椭圆织构表面和条形织构表面。与仿真结果类似,实验研究表明,圆形织构润滑减磨性能最优,其次为椭圆织构、条形织构。     

复合润滑结构表面在油润滑下的减摩性能*

为研究不同表面处理方式对巴氏合金/45钢配副表面减摩性能的影响,采用热压固化工艺将六方氮化硼封装于表面织构内,制备复合润滑结构表面;在油润滑下进行销-盘磨损试验,使用递归定量分析（Recurrence quantification analysis,RQA）参数划分磨损过程;研究复合润滑结构表面在磨合期和正常磨损期的减摩性能,并与纯织构表面减摩性能进行对比。结果表明：复合润滑结构表面拥有较低摩擦因数和显著减摩效果,其减摩性能优于纯织构表面;相比无织构表面,复合润滑结构表面在磨合期内的平均摩擦因数下降77.9%,在正常磨损期内的平均摩擦因数下降73.5%且磨合期的时长缩减75.0%;较大织构孔径的复合润滑结构表面的减摩效果更好且磨合期更短;纯织构和复合润滑结构表面的减摩效果均在较高速度和载荷下更显著;各试样表面在磨合期的摩擦因数越低,对应进入正常磨损期后就越低。     

振动载荷下的织构化表面弹流润滑分析

建立周期性振动载荷作用下的织构化表面的弹流润滑模型,研究织构化表面的弹流润滑性能随织构参数的影响规律。研究结果表明:在一个振动载荷周期的不同时刻,织构化摩擦副表面间油膜的弹流润滑作用相同、平均摩擦因数随织构直径、深度、密度等因素的影响规律基本相同;当受外部振动载荷时,织构直径、深度和密度等参数均存在一个较优值,使得弹流润滑作用下的织构化摩擦副表面的平均摩擦因数均存在一个最小值,使润滑摩擦效果最优。     

表面织构形貌参数影响润滑性能的三维CFD分析

为研究在流体润滑条件下,表面微织构形貌参数对润滑性能的影响,建立考虑空化效应的单织构三维计算模型。用CFD方法模拟织构在不同深度、面积密度和表面形状条件下,油膜承载力、摩擦因数和压力分布的变化情况。结果表明:随着织构深度(面积密度)的增加,油膜的承载力先增大后减小,摩擦因数先减小后增大,即织构存在最优的深度和面积密度使得流体动压润滑性能最优;随着上壁面滑移速度的增大,织构的最优深度有减小的趋势,而最优面积密度趋于稳定;设计具有汇流作用的织构表面形状可以提高油膜的承载力,且速度越大,改善润滑的效果越明显。