滑动方向和微米交叉凹槽夹角对轴承钢表面摩擦特性的影响

采用销-盘摩擦副接触方式在流体润滑下,对轴承钢表面2种不同夹角(90°、135°)微米交叉凹槽表面图形进行摩擦试验,试验的滑动方向分别为从45°、90°、135°夹角中间穿过;利用Stribeck曲线分析在不同试验条件下,不同夹角的微小交叉凹槽图型表面的摩擦特性;利用摩擦因数曲线图解析在不同载荷和滑动速度下,不同夹角的微小交叉凹槽图型表面的摩擦行为。结果表明,摩擦因数随着表面图型和滑动方向的改变而改变;微小凹槽在混合及流体动力润滑条件下对减摩性能有相当大的影响,由微小凹槽和滑动方向产生的摩擦因数受润滑状态的影响;夹角为135°微小交叉凹槽试样在滑动方向为从135°夹角中间穿过时,具有最好的减摩效果。     

微小交叉凹槽图型表面的摩擦特性

为了研究微小交叉凹槽图型表面对滑动摩擦性能的影响,采用销-盘摩擦副接触方式在石蜡油润滑下,对不同夹角的微小交叉凹槽图型表面进行摩擦试验,利用Stribeck 曲线分析在不同试验条件下,不同夹角的微小交叉凹槽图型表面的摩擦特性,利用摩擦因数曲线图解析在不同载荷和滑动速度下,不同夹角的微小交叉凹槽图型表面的摩擦行为.结果表明,当试样表面微小交叉凹槽图型夹角为135°时,其减摩效果最佳,摩擦行为主要为混合及流体动力润滑状态下的摩擦.     

微凹槽织构化表面在往复运动条件下的摩擦学特性

采用自主研制的激光微织构加工设备在45#钢试样表面制备出具有不同间距和夹角的微凹槽织构,在UMT-Ⅱ摩擦试验机上进行往复运动摩擦学性能试验。结果发现:在富油润滑条件下,当载荷较低、速度较大时,微凹槽织构具有较好的润滑减摩效果,织构面的平均摩擦因数最大比未织构面下降超过60%;凹槽夹角对摩擦因数的影响受载荷大小的影响,在给定的在载荷下,存在最优的夹角使摩擦因数最小;在其他几何参数相同的情况下,存在最优的槽间距使得平均摩擦因数达到最小,且最优的槽间距基本不受载荷大小的影响。     

凹槽型织构对钻头滑动轴承表面摩擦学性能影响分析

基于雷诺方程建立表面织构化滑动轴承润滑理论模型,探究不同织构参数(分布角度、深度、面积比、偏斜角度、长度)对钻头滑动轴承承载力和摩擦因数的影响规律.在油膜收敛和最小油膜厚度附近区域布置织构,有利于增加轴承表面润滑性能,而织构布置在油膜发散处反而会减小轴承承载力,增大摩擦因数.织构的最佳织构深度与轴承的工况相关,不同偏心率条件下最优织构深度不同,轴承所承载的载荷越大,凹槽型织构化轴承的最佳织构深度越深;摩擦因数随织构面积比的增加先增大后减小,当面积比为18％时,摩擦因数最小.织构深度对织构偏斜角度的影响较小,轴承摩擦因数随偏斜角度的增加逐渐减小;织构长度为轴承宽度的1/2时,轴承润滑效果最佳.     

凹槽结构对水润滑微凹槽尾轴承润滑性能的影响

为研究仿生表面织构占比和宽度对尾轴承润滑特性的影响，基于柔度矩阵法和润滑理论，计入内衬弹性变形，建立表面微凹槽织构水润滑尾轴承的流固耦合模型，通过试验验证模型的正确性和合理性。设计矩形、圆形、等腰三角形3种不同截面形状的微凹槽表面织构水润滑尾轴承，对比分析凹槽占比和宽度对尾轴承承载力和摩擦性能的影响。结果表明：在同等条件下，局部凹槽尾轴承承载力和摩擦性能显著优于全局凹槽尾轴承；凹槽占比约为0.31时，矩形微凹槽尾轴承承载力达到最大值，摩擦因数达到最小值，因此在设计、使用水润滑尾轴承，尤其是赛龙内衬水润滑尾轴承时，建议凹槽占比取值为0.30~0.32，此时可获得最佳润滑性能；随凹槽宽度的增大，局部矩形凹槽尾轴承润滑效果显著优于等腰三角形和圆形凹槽尾轴承。     

沟槽型织构摩擦学性能模拟及试验研究

为揭示沟槽型织构的摩擦学特性,以沟槽型表面织构化的止推圈式摩擦副为研究对象,基于雷诺方程和微凸体接触方程建立微沟槽织构混合润滑理论计算模型,模拟摩擦因数随沟槽面积占有率、角度和深宽比的变化规律,并由摩擦性能试验验证其准确性。在假设面积占有率和角度两个参数互不干涉的前提下,模拟两者共同作用下摩擦因数的变化情况。结果表明,经过表面沟槽织构后,摩擦副的摩擦学性能得到了明显改善;摩擦因数随沟槽面积占有率和深宽比的增加呈现先减小后增大,随角度的增加呈现先减小后增大再减小的趋势;当沟槽与运动方向夹角为65°～70°,宽度为30μm,深宽比为4/15,面积占有率接近8%时,摩擦副具有最佳摩擦性能,相对于未织构情况,摩擦因数可降低约55%。     

表面织构凹槽对径向滑动轴承润滑性能的影响

以有限宽径向滑动轴承为研究对象,将轴承承载力最大化和摩擦因数最小化作为优化目标,在轴承表面轴向方向分别设计加工矩形和斜向抛物线凹槽织构,以最大程度地提高轴承的承载力,减小摩擦因数。将凹槽几何参数(凹槽数目N、凹槽相对深度H_d、偏斜角度α、织构率T)作为变量,求解不同变量下的Reynolds方程得到油膜承载力。数值结果表明,具有凹槽织构的轴承承载力大于未织构轴承,摩擦因数小于未织构轴承;随着凹槽相对深度Hd、织构率T的增加,轴承承载力增加,摩擦因数减小;抛物线凹槽织构率T在40%~50%时,承载力取得最优值。     

YG8硬质合金表面沟槽织构的制备及其减摩特性

采用光纤激光加工设备在YG8硬质合金表面加工出沟槽织构,研究了激光加工参数对织构尺寸及形貌的影响,得到最佳激光加工参数;采用最佳激光加工参数在硬质合金表面加工出4种不同方向的正弦型沟槽织构,研究了干摩擦条件下织构的减摩特性。结果表明:随着激光功率、扫描次数的增加或扫描速度的减小,沟槽织构尺寸增大,但过高的激光功率或过多的扫描次数导致织构底部粗糙;最佳激光加工参数为激光功率40W,扫描速度100mm·s~(-1),扫描次数200次,此时沟槽织构表面形貌较好,织构宽度为160μm,深度为15μm;在试验载荷为2N、滑动速度为20mm·s~(-1)时,正弦中心线与摩擦方向成0°的正弦型沟槽织构的减摩效果优于正弦中心线与摩擦方向成30°,60°,90°的织构,且摩擦因数比光滑试样的降低了25%。     

接触角与接触载荷对缠绕提升钢丝绳摩擦特性的影响

为了掌握多绳多层缠绕提升钢丝绳层与层之间微动摩擦磨损机制,设计矿井提升机钢丝绳综合摩擦试验台,在其缠绕提升机钢丝绳摩擦试验装置上开展滑动摩擦试验,以6×19+FC热镀锌钢丝绳为研究对象,探究不同接触载荷、接触角度下钢丝绳滑动摩擦磨损规律及钢丝绳摩擦接触处温升变化规律。研究结果表明:钢丝绳滑动摩擦因数随时间经历了快速增长阶段、缓慢递增阶段和平稳波动阶段;摩擦因数随着载荷增加先减小后增大,在250 N时最低为0.59,但摩擦因数随载荷变化范围不大,维持在0.68左右;摩擦因数随接触角度的增大先迅速增大后呈缓慢增长趋势,最终稳定为0.58,其中接触角度为45°时摩擦因数最小,仅为0.15;钢丝绳滑动摩擦温升集中在接触区域内,接触点温升随着接触角度的增加而增加,最高温升为8.5℃,随载荷的增加呈先减小后增大最后减小的波浪形变化趋势,最高温升为10.4℃。     

不同表面粗糙度下动压轴承静特性分析

当动压滑动轴承的工作表面粗糙度达到和油膜厚度同一量级(μm)时,表面粗糙度对轴承验平台,对42CrMo钢的滑动摩擦副进行试验,并建立了考虑表面粗糙度的Reynolds数学模型进行求解,得到不同表面粗糙度下油膜承载力、摩擦阻力以及摩擦因数等特性参数。研究结果表明,随着载荷增大,摩擦阻力变大、摩擦因数变小;同等载荷下,随着润滑油温度升高,摩擦阻力变小、摩擦因数变小;粗糙度越大,摩擦阻力也越大、摩擦因数越大。     

钢背衬碳纤维织物/环氧复合材料干摩擦特性研究

研究了钢背衬碳纤维织物/环氧复合材料在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考察了MoS2与石墨粉及其配比、衬层厚度、法向载荷对衬层干摩擦性能的影响,用扫描电子显微镜对衬层的磨损表面及对偶件45^#钢环表面进行了观察与分析。结果表明：厚度为1.5mm的试环衬层在摩擦过程中主要表现出粘结磨损特性,而含20%（质量分数）MoS2粉的0.6mm衬层表现出疲劳磨损与磨粒磨损特性。摩擦因数-时间特性曲线表明MoS2粉在降低衬层摩擦因数的同时能够抑制环氧树脂向对偶钢环表面的粘结;石墨对衬层的减摩效果优于MoS2粉,但摩擦温升引起树脂向偶件表面转移增多使得减摩效果大大降低;质量分数为33%的MoS2与石墨粉衬层表现出最佳的摩擦学性能,衬层摩擦因数具有随载荷先减小后上升的趋势。     

刀刃角与岩石节理倾角对盘型滚刀破岩效率的影响

为了研究节理倾角与刀刃角对滚刀破岩效率的影响,运用ABAQUS有限元分析软件,采用Druker-Prager弹塑性本构模型模拟岩石材料,使用不同刀刃角的滚刀对不同节理倾角的岩石进行滚切加工,并结合破岩比能理论研究破岩效率,以破岩比能最小为依据确定不同节理倾角下的最优刀刃角。研究结果表明:不论倾角如何,节理层处的岩石破碎效果优于其他地方的破碎效果;在节理倾角为0°和30°时,滚刀的破岩比能呈波动的趋势,而且最优刀刃角为60°;在节理倾角为60°时,最优刀刃角为45°~50°;在节理倾角为90°时,最优刀刃角为40°~45°;随着节理倾角的增加,最优刀刃角呈不断减小趋势。该研究结果可为不同地质条件下盾构施工时的刀具选型提供一定的理论依据。     

Grooved surface texturing by electrical discharge machining (EDM) under different lubrication regimes

The aim of the present research work was to investigate the effectiveness of grooved surface texturing with a rhombic geometry under different lubrication regimes. Tribological investigation under unidirectional sliding was focused on the effect of texturing parameters including pattern area density on the coefficient of friction under different lubrication regimes, achieved by varying sliding speed and lubricant viscosity. Grooved patterns with different textured area densities were produced on steel samples by electrical discharge machining. Results of this investigation showed that under boundary lubrication, textures resist sliding thus resulting in increased friction. The largest improvement of friction reduction was observed under hydrodynamic lubrication, for low‐viscosity oil when using the textured disc with 21% pattern area density. The reduction of the coefficient of friction if compared with the untextured surface was of approximately 24%. Examination of the sliding surfaces has not shown any quantifiable wear for the contact conditions studied.     

磨削纤维角对碳纤维复合材料磨削性能的影响

为了研究单向碳纤维复合材料在不同磨削纤维角(磨削方向与纤维取向之间的夹角)下表面的磨削特性和机理,通过一系列磨削实验,研究了磨削纤维角对磨削力、粗糙度和表面形貌的影响,并用扫描电镜(SEM)对磨削加工表面的特征进行了分析。结果表明:不同磨削纤维角下的磨削力遵循45°>90°>0°的顺序;表面粗糙度恰好与此相反,磨削纤维角为0°时拥有最差的表面粗糙度;不同磨削纤维角产生不同的损伤形式,磨削纤维角为0°时材料去除机制是以弯曲破坏为主,90°时以剪切破坏为主,45°时则是由弯曲和剪切破坏共同作用导致。     

基于划痕法制备的微织构硬质合金摩擦磨损试验研究

采用尖端球半径10μm、锥角120°的金刚石压头在硬质合金(YG6)表面制备了划痕宽度为10~50μm的微织构,并采用球盘式摩擦磨损试验方法进行了微织构化硬质合金的摩擦磨损试验,对摩擦磨损试验过程的摩擦力与摩擦因数进行了在线测量,并用超景深电子显微镜与扫描电镜对微织构形貌与摩擦磨损形貌进行了显微观察。试验结果表明,采用金刚石压头划痕法制备硬质合金微织构是可行的,并且硬质合金微织构有助于降低摩擦因数,当织构方向与摩擦磨损运动方向垂直时,微织构对硬质合金摩擦磨损特性的改善效果最好。     

纳米二硫化钼作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

研究纳米二硫化钼作为润滑油添加剂的摩擦学性能。以不同的表面活性剂和不同的超声波分散时间制备纳米二硫化钼润滑油,考察表面活性剂和超声波分散时间对纳米二硫化钼分散稳定性的影响。采用四球机和描电镜考察纳米二硫化钼在润滑油中的摩擦学性能。结果表明,2%油酸表面活性剂和超声波分散30 min可有效提高纳米二硫化钼在润滑油中的分散稳定性,纳米二硫化钼在润滑油中具有良好的抗磨性能、减摩性能,特别是0.01%二硫化钼在润滑油中的抗磨性能和高负荷下的减磨性能更为突出。     

Characterization of surface grooves and scratches induced by friction of C/C composites at low and high temperatures

Friction experiments were conducted on C/C composites at low and high temperatures during braking with the use of a pin-on-disc tribometer. The surface grooves formed were investigated by an optical camera and a laser profilometer, while scratches were characterized by optical microscopy. Damages were correlated with tribological performances (friction and wear). It is shown that friction at low temperature leads to high friction coefficient and wear rate, and to surfaces strongly grooved and abraded. For friction experiments performed at high temperature, they lead to lower friction coefficient and wear, and the resulting surfaces are rather smooth and slightly grooved.     

钢轨踏面斜裂纹扩展寿命的预测

利用断裂力学理论建立了钢轨踏面斜裂纹扩展寿命预测模型;以CRH2型动车组为研究对象,计算了轮轨接触时钢轨内部的应力分布,然后利用预测模型估算了钢轨踏面斜裂纹的扩展寿命,并分析了摩擦因数、裂纹倾斜角、钢轨磨损率等因素对钢轨踏面斜裂纹扩展寿命的影响。结果表明:倾斜角在30°～40°时,斜裂纹扩展寿命随摩擦因数的增大而降低;裂纹倾斜角增加到50°～60°时,斜裂纹扩展寿命先增加后减小;随裂纹倾斜角的增大,斜裂纹扩展寿命先增后减;斜裂纹扩展寿命随磨损率增大先缓慢增加,当磨损率达到一定值后急剧增加;实际使用数据间接证明了模型预测的准确性。     

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。     

激光束照射下大芯径SI-PDF光纤传输特性研究

应用于短距离传输的大芯径SI-PDF光纤,必须考虑漏泄光线对光纤传输功率的贡献。本文应用射线光学分析方法,推导了不同入射角的激光束与大芯径SI-PDF光纤的功率耦合传输公式,对不同入射角激光束照射下不同长度SI-PDF光纤的输出功率特性进行了实验研究。给出了在激光束照射下SI-PDF光纤光耦合功率随入射角度的变化关系曲线,并给出不同入射角度激光束在光纤中的损耗系数。结果表明：对大于12°入射的激光束,输出功率随入射角增加成指数衰减规律;不同角度入射激光束在光纤的单位长度内损耗值随角度增大而增大,在12°时损耗值为26 dB/km,在24°时达到了82 dB/km。