液粘传动摩擦副设计和传动机理的研究进展

液粘传动具有启动冲击小、无极调速、过载保护等性能优点,广泛应用于大能耗设备的调速启动及运行速度控制。但是传动机理和精密、耐磨以及长寿命的液粘传动关键零件的设计制造是制约其应用的瓶颈。本文阐述了液粘传动机理、液粘传动摩擦副间流体的流场特性、液粘传动设备摩擦副设计及材料选型等,在系统分析现有研究成果的基础上,提出了采用耦合激光微造型和反变形对对偶片进行结构和表面微织构主动设计制造的思想,以减小对偶片型面的变形。     

薄壁钢筒温挤件背压式冷精整技术

针对薄壁钢筒温挤件在冷精整过程中出现的内腔顶部凸起现象,应用速度场、应力场和点追踪法分析了薄壁钢筒温挤件的成形过程和缺陷形成的原因。在精整过程的初始阶段,顶部变形区上部金属所受应力小于下部金属所受应力,金属有向上流动的趋势,由于摩擦力的作用,周边层金属的流动滞后于中心层金属,因此,随着上模的向下移动,内腔顶部逐渐向上凸起。根据挤压件顶部受力分析,提出了背压式冷精整技术,通过对工件顶部施加反向压力,实现了对工件顶部材料流动的再控制,即抑制金属的向上流动。基于塑性力学理论分析了新技术的可行性,通过数值模拟优化了背压力,结果表明:两次精整的背压力分别为3460和7450 N时最为合适。在自主研发的背压式精整装置上,进行了实验验证,发现完全可以消除顶部缺陷,从而达到改善顶部缺陷的目的。     

剪切激励下盲孔螺栓连接结构的松动行为研究

为研究盲孔螺纹连接的松动机制及螺纹表面的磨损机制,选取高速列车转向架轴端盖7050铝合金与45钢螺栓连接为研究对象,开展剪切激励下螺栓连接结构的松动行为研究。分析预紧力、剪切位移幅值及重复利用次数对螺栓连接结构松动行为的影响规律,利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)对试验后7050铝合金内螺纹表面进行损伤形貌及化学成分分析。结果显示:随着初始预紧力的减小、剪切位移幅值和重复使用次数的增大,螺纹表面损伤加剧,螺栓连接结构松动程度增大;螺纹接触表面的主要磨损机制为疲劳磨损和黏着磨损。     

扭转激励下螺纹连接结构动力学行为

根据真实螺纹的几何参数,运用Abaqus建立螺纹连接结构的精确有限元模型,采用扭矩法施加预紧力,分析在扭转载荷作用下螺纹连接结构的动力学行为。结果表明：当螺钉与被连接件之间的摩擦力矩小于螺纹接触界面的摩擦力矩时,连接结构在扭转交变载荷作用下容易发生松动;当螺钉与被连接件和内外螺纹2组接触副之间的摩擦因数增大时,螺纹连接结构的摩擦耗散能变化较小,而当被连接件之间的摩擦因数增大时,连接结构的摩擦耗散能呈线性增加;根据三阶修正Iwan模型得到的响应曲线与有限元分析结果吻合。     

表面微织构改善摩擦性能的研究进展

机械表界面行为和摩擦学密切相关,利用先进手段对摩擦副的表界面进行改性、改形和调控是目前的研究热点。表面微织构方法可以显著改善接触对表面摩擦特性。本文基于微织构的研究背景,论述了表面微织构加工方法、几何参数及其对摩擦性能的影响规律,阐述了微织构的减摩机理和应用,提出了后续的发展方向。     

表面织构在脂润滑条件下的摩擦性能研究

采用声光调Q二极管泵浦Nd:YAG激光加工系统在H13钢表面加工出不同密度的织构,以润滑脂作为润滑剂,利用MMW-1A型微机控制万能摩擦磨损试验机考察表面织构在不同载荷、不同转速条件下的摩擦磨损特性。实验结果表明:在脂润滑条件下表面织构能有效改善摩擦副表面的摩擦性能;与光滑无织构试样相比,表面织构试样的摩擦因数显著降低;一定范围内,随着织构密度的增加,平均摩擦因数呈现出先减小后增大的趋势,且织构密度为10%时的平均摩擦因数最小,最小平均摩擦因数为0.18,较光滑无织构试样减小32.23%;摩擦因数随着试验载荷的增大而减小,但随着转速的增加呈现出先减小后增大的变化趋势。     

液黏调速离合器摩擦副热-结构耦合分析

根据热传导理论,结合热流密度,考虑摩擦片上沟槽的对流换热作用,建立了液黏调速离合器摩擦副的理论模型。根据离合器实际工况,对摩擦副边界摩擦阶段进行数值分析,研究摩擦副不同材料组合下的温度与变形差异。研究结果表明,摩擦副温度场被沟槽分成了不同温度梯度的椭圆块,高温集中在靠近外径处;相同工况下,对偶片材料为30Cr Mn Si A时温度和变形量最大。摩擦副内外径发生了沿z轴正向和负向位移,整个摩擦副产生碟形翘曲现象。在对偶片外径约束情况下,仅30Cr Mn Si A未发生塑性变形。这对液黏传动机理和摩擦副主动设计具有指导意义。     

液黏离合器径向沟槽摩擦片热力特性分析

综合考虑摩擦片与工作介质油的对流换热作用,建立摩擦副混合摩擦阶段热结构耦合物理模型,采用有限元法对带有径向槽的摩擦片在混合摩擦过程中的温度场和应力场进行计算和分析。在相同工况下对比分析摩擦片表面沟槽的宽度和深度对摩擦片温度场的影响和应力场分布,研究发现摩擦片沟槽区的温度远低于摩擦接触区,接触区域的中心形成温度较高的热斑,摩擦片温度随着沟槽宽度的增加而降低,随着沟槽的深度增加先降低后增加。研究结果对液黏离合器运行过程中摩擦副温度场和应力场的预估及摩擦副的设计具有理论和工程指导价值。     

空化水射流的研究进展

空化现象是一种蕴藏着巨大能量的物理与化学现象,它能够影响到生活的方方面面,尤其对水利机械和水利工程的影响最为显著。随着科技的进步,人们越来越意识到空化现象所具有的巨大开发潜力,因而由原先的预防转而利用空化,尤以空化水射流的应用最为广泛。从空化水射流的研究背景着手,阐述了空化水射流在油气开采、生化环保工程、清洗除锈和材料表面改性强化等方面的应用研究进展,也提出了后续的发展方向。