基于磨损失效评估的人字闸门底枢摩擦副设计软件开发

磨损是目前人字闸门底枢摩擦副失效的重要形式,本文从工程实际和等效模拟磨损试验出发,基于摩擦学基础理论的研究成果,结合常见人字闸门底枢摩擦副的工作原理、结构特点、接触模型和磨损失效问题,利用接触疲劳、弹流润滑、磨损预测与演化规律等摩擦学的基本理论和方法,选用国内人字闸门运行参数和相同工况条件下的底枢摩擦副模拟磨损试验数据对底枢摩擦学设计和分析方法进行深入探讨。采用C#编程语言和MATLAB程序语言,开发了基于磨损失效评估的人字闸门底枢摩擦副设计系统计算软件。该系统软件具有良好的人机交互功能,通过简单的数据输入获得底枢接触应力大小以及预估使用寿命,为我国同类底枢的设计与维修更换提供精准快捷方法,节省了重新计算与设计的时间。     

低速重载球面摩擦副石墨镶嵌润滑结构设计及比较

人字闸门底枢作为半球面摩擦副，在水下长时间以低速、重载工况运行，易因磨损导致故障。传统的油脂润滑容易造成环境污染，而固体镶嵌润滑是更为适宜的润滑方式。为了研究不同材料和轴瓦镶嵌结构对底枢摩擦副摩擦学性能的影响，通过试验得到石墨填充润滑材料的力学性能以及不同条件下的摩擦因数；以三峡大坝人字闸门底枢为研究对象，从工程实际与理论分析角度设计了相同孔径和渐变孔径2种不同轴瓦镶嵌结构，利用有限元软件分析了球面静态接触和旋转运行状态下的接触应力，对比了光滑轴瓦、相同孔轴瓦和渐变孔轴瓦的理论摩擦因数。结果表明：从应力角度，相同镶嵌结构下石墨润滑优于高分子赛龙材料润滑；在相同填充面积条件下，3种结构中最大等效应力从大到小依次为渐变孔结构、相同孔结构和光滑结构，而从润滑以及理论摩擦因数角度看，渐变孔结构性能最好，然后依次为相同孔结构和光滑结构；相比镶嵌孔路径，无镶嵌孔路径上的轴瓦等效应力较小。因此，在实际应用中，应确保力学偏置方向与轴瓦的无镶嵌孔区域相符，以减小应力集中并提高润滑性能。     

石墨干膜润滑剂在碳钢表面摩擦磨损性能试验研究*

传统油或脂润滑剂在极端工况环境下无法满足碳钢类零件的减摩要求,采用干膜润滑剂是提高极端工况环境下碳钢表面摩擦磨损性能的可行性方法。采用超声波分散方法制备以石墨粉末为基体的干膜润滑剂,使用压力喷涂技术使其沉积在碳钢试件表面,在端面摩擦试验仪中开展干摩擦和石墨干膜润滑剂润滑下摩擦磨损性能对比性试验研究。试验结果表明：石墨干膜润滑剂在碳钢表面的沉积效果较好,沉积的石墨干膜润滑剂具有较好的润滑性能,可以有效地保护碳钢表面不被过度磨损;喷涂石墨干膜润滑剂的碳钢试件的工作寿命随着压力载荷和主轴转速的增大而缩短,负载和滑动速度的联合作用会加速涂层向稳定方向的过渡;磨损过程中形成的微观润滑剂颗粒会形成颗粒流润滑,适当添加石墨颗粒粉末可能会延长润滑剂正常发挥减摩作用的时间。制备的石墨干膜润滑剂为碳钢在极端工况环境下的减摩提供了支持。     

柴油机活塞环表面类金刚石薄膜在模拟工况下摩擦学性能

大缸径、长冲程的大功率柴油机的活塞环-缸套摩擦副易发生异常磨损,使柴油机动力性能丧失,甚至发生拉缸等重大事故,通过先进的表面处理技术可显著改善活塞环-缸套摩擦副的润滑条件,提高活塞环-缸套摩擦副的摩擦学性能。采用阴极电弧离子镀技术在铬-陶瓷复合镀(CKS)活塞环表面制备厚度为7 μm的DLC薄膜,研究CKS活塞环表面的DLC薄膜在柴油机模拟工况下的摩擦学性能。结果表明：在干摩擦、室温贫油和高温贫油的工况下,CKS活塞环表面的DLC薄膜可以显著减小活塞环-缸套摩擦副对摩的摩擦因数,降低缸套的磨损;摩擦过程中DLC薄膜与润滑油的协同润滑作用以及DLC薄膜的石墨化是改善活塞环-缸套摩擦副摩擦学性能的主要原因。     

孔板阀滑阀自锁装置球/盘配对副耐磨性能实验研究

为优选孔板阀滑阀自锁装置配对副耐磨性能影响因素,选取不同球/盘配对副材料、盘粗糙度和润滑条件开展正交滚滑摩擦试验。敏感性分析结果表明,试验优化参数为:盘材料440C,球材料440C,盘粗糙度R_a = 0.4 μm,润滑条件脂润滑。优选参数配对副在试验后运行良好,球/盘表面形貌无明显磨损,摩擦系数无突变,说明优选参数的抗磨性能满足使用寿命需求。     

试验参数对人工滑液边界润滑条件下超高分子量聚乙烯/Ti6Al4V往复摩擦磨损行为的影响

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,在法向载荷50 N、往复频率1 Hz、摩擦副接触形式为圆环外圆周/平面、初始线接触长度为6 mm、相对湿度为80%的试验条件下,研究了钛合金表面粗糙度、试验环境温度、试验延续时间、滑液成分等试验参数对UHMWPE/Ti6A14V摩擦副的往复摩擦磨损行为的影响.结果表明,这些试验参数均显著影响UHMWPE/Ti6A14V摩擦副的往复摩擦磨损行为;在环境温度20℃、25%小牛血清去离子水溶液边界润滑、180 min往复摩擦磨损试验条件下,当钛合金表面粗糙度由Ra0.04 μm增加至Ra0.06μm时,摩擦副的平均摩擦因数由0.033增加至0.096,UHMWPE试样磨损量由0.131 mm3,增加至0.149 mm3;在钛合金表面粗糙度为Ra0.06μm、25%小牛血清去离子水溶液边界润滑、180 min往复摩擦磨损试验条件下,当试验环境温度由10℃上升至37℃时,摩擦副的平均摩擦因数由0.135减少至0.077,UHMWPE试样磨损量由0.188 mm3减少至0.134 mm3.     

人字闸门底枢摩擦副磨损试验台的设计

实践证明磨损是底枢摩擦副失效的主要原因。为了研究人字闸门底枢摩擦副的磨损机理及其影响行为,以三峡闸门为研究对象,深入分析其底枢的受力及应力分布情况,通过计算闸门运行时的各项力矩确定启闭方案,以相似理论作为理论计算依据,完成了试验台的基本结构尺寸设计;通过启闭液压缸、加载液压缸和摩擦阻尼装置模拟实际闸门的启闭、实际闸门的重量以及水压对闸门的影响;通过测定液压缸两端的油压能够较好地测量闸门底枢的实际摩擦系数。通过测控系统,该试验台能在设定参数下完成底枢摩擦副的往复摩擦实验,从而为人字闸门底枢的设计和维护提供了试验分析数据。     

偶件表面粗糙度对PTFE材料摩擦磨损性能的影响

为了研究干摩擦条件下偶件表面粗糙度对聚四氟乙烯(PTFE)密封材料摩擦磨损性能的影响,利用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机,在不同载荷和转速下研究由PTFE材料制作的试验环分别与316L不锈钢和45#钢配副时的摩擦磨损性能,并利用粒形分析仪对PTFE试验环试验前后端面的形貌进行观测;利用触针式轮廓仪对摩擦配副钢环的端面粗糙度进行精确测量,分析表面粗糙度对PTFE试验环摩擦磨损性能的影响。试验结果表明:在干摩擦条件下,摩擦配副钢环的表面粗糙度过高或者过低都会引起PTFE试验环磨损量的增加;定载荷时,PTFE试验环磨损量随摩擦配副钢环表面粗糙度的增大先减小后增大,随转速的增大而增大;定转速时,PTFE试验环摩擦因数随摩擦配副钢环表面粗糙度的增大稍减小后而后增大,随载荷的增大先减小后增大;在相同工况下,316L不锈钢对PTFE试验环的切削和犁沟作用比45#钢更加明显。     

表面粗糙度对纳米润滑添加剂摩擦学性能影响的研究

摩擦学系统的复杂性及多变性增加了对材料在摩擦试验过程的预见性的难度，通过XP销盘摩擦磨损试验机分别考察了钢／钢摩擦副住不同润滑介质中不同的表面粗糙度对其摩擦系数和磨损量的影响。试验结果表明：表面粗糙度对摩擦副的摩擦学影响是复杂的，在特定的润滑条件下，不同的表面粗糙度表现出不同的摩擦学性能。     

改性纳米h-BN润滑油添加剂对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

在缸套-活塞环摩擦副中,当活塞在上、下止点处为零速,难以形成油膜,且在气缸的高温工况下,其他部位的油膜也会被破坏,从而造成缸套-活塞环的摩擦功耗增加和磨损加剧。采用优质润滑油是提高缸套-活塞环润滑与摩擦特性的重要手段。制备改性纳米六方氮化硼(h-BN)颗粒并将其按不同质量分数分散至聚α-烯烃（PAO10）基础油中,使用R-tec摩擦磨损试验机开展不同载荷下的往复摩擦试验,通过观测摩擦因数、磨损体积和缸套磨损表面、磨损元素及三维形貌参数,研究改性纳米h-BN添加剂对缸套材料摩擦学性能的影响以及减摩抗磨润滑机制。结果表明：加入改性纳米h-BN添加剂可以显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量,加入质量分数0.25%的添加剂在50 N、3 Hz工况下可使摩擦因数降低33.87%,磨损体积降低23.32%;在载荷及摩擦热作用下纳米h-BN添加剂可以在磨损表面形成摩擦保护膜,可以改善缸套的表面粗糙度,创造优良的润滑环境,提升其摩擦学性能。     

离合器摩擦副表面温度对摩擦因数的影响

通过对某型离合器摩擦副的摩擦学小样试验,研究了离合器在结合的滑动摩擦过程中,摩擦面温度对离合器摩擦材料摩擦因数的影响.采用扫描电子显微镜(SEM),分析了样件的摩擦表面形貌,探讨了产生影响的机制,并从摩擦因数角度探讨了微车离合器起步发抖和烧蚀的主要原因.微车离合器摩擦材料摩擦因数随着摩擦面温度先升高,然后趋于稳定,最后再降低,其稳定工作的温度区间为130～220℃;在摩擦面温度较低的工况下,摩擦因数较低,微车起步时,离合器传递的扭矩不足以克服道路阻力,引起微车起步发抖的现象;而在摩擦面温度过高的工况下,离合过程中,摩擦因数较低,传递扭矩效率低,导致离合器滑磨时间过长,引起烧蚀现象.     

Frictional performance of an O-ring type seal at the commencement of linear motion

Results of investigation into the relationship between friction in the O-ring type seal and gauge pressure at the commencement of linear motion of a shaft are presented and discussed. A number of different O-ring materials were studied and the lowest friction under dry conditions was found to be produced by a PTFE-encapsulated silicone seal. The effect of a number of lubricating fluids on friction in the seal was also studied and the results obtained are included.     

磁悬浮技术应用中的摩擦学特点

磁悬浮技术由其涉及的理论和技术领域决定其特点也具有多学科性。文章介绍磁悬浮技术及其在工程应用中的特点,特别对其在摩擦学中的应用特点进行了详细的描述,提出了电磁摩擦的概念;并从能量守恒的角度对磁悬浮支承下的转动和平动过程进行分析,获得了一种求解在非接触支承条件下相似摩擦系数的方法。最后给出了一组计算实例。     

端面摩擦磨损自动检测系统的设计

端面摩擦磨损试验可以模拟和检测面接触摩擦副的摩擦学特性。设计了端面摩擦磨损试验自动检测系统。首先在建立摩擦力和摩擦因数测量的数学模型的基础上,设计了摩擦力参数的自动检测系统,然后设计了端面试验机的智能化测控系统。使用结果表明,使用该自动检测系统的端面摩擦磨损试验机可实时检测和处理载荷、速度、温度、摩擦力和摩擦因数等参数信息,并以表格或图像曲线形式显示,有利于对试验材料的摩擦学特性变化作出实时、客观、量化的评估。     

滑动干摩擦的热机理浅析

分析了在高速滑动干摩擦过程中热的产生和扩散机理、摩擦温度的测定与分析，讨论了摩擦热效应对配副材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：在摩擦过程中，摩擦热的形成是显著的；由粗糙表面产生的摩擦热作用在粗糙表面进而影响粗糙表面的形貌；摩擦热是影响摩擦副摩擦性能变化的主要因素；在研制摩擦材料时应充分考虑配副材料的耐热性与散热性等物性，进行优化选材。     

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。     

润滑油对蜗杆传动效率影响的研究

合理的选用润滑剂以提高蜗杆传动的效率，减少磨损发热已成为研究蜗杆传动热点的问题之一。本文主要介绍了在标准试验机和蜗杆试验台上所进行的一系列筛选试验研究及其主要成果，从而为合理地选用润滑剂（油）提供了科学的依据。     

超声波驱动的摩擦特性研究

采用自制的模拟超声马达定子齿椭圆振动的超声驱动模拟试验装置，研究了接触预压紧力和两相超声波振动的激励电压峰峰值之比对超声驱动的摩擦特性的影响。结果表明：在超声波振动驱动条件下，每一种摩擦材料都存在最佳的预压紧力和激励电压的组合。     

汽车制动过程中摩擦层的作用和形成机制

总结了汽车制动过程中摩擦层的生成及其对摩擦性能的影响和摩擦层结构的特征：（1）摩擦层具有组分依赖性,摩擦材料中使用的原材料决定摩擦层的组成并最终决定摩擦性能;（2）摩擦热导致摩擦化学反应发生而在摩擦层产生新物质;（3）摩擦层生成是动态的,具有不断生成、破坏、再生成、再破坏的循环过程;（4）摩擦层结构是变化的,与摩擦温度、压力、速度、气氛等条件有关;（5）摩擦层是可控的,通过控制摩擦层结构可以制备高性能（具有稳定摩擦因数、低磨损和低噪声）摩擦材料。     

销盘胶合实验研究

利用Falex多功能摩擦磨损试验机初步研究了销盘摩擦副接触表面初始粗糙度、载荷、速度,以及压强速度乘积对摩擦副抗胶合性能的影响。试验结果表明,适当的初始粗糙度可以提高摩擦副的抗胶合性能,载荷、速度超过一定数值后胶合的可能性大大增加,温度对胶合失效有显著影响。