激光微织构表面脂润滑性能试验研究

采用声光调 Q 二极管泵浦固体光源（DPSS）Nd∶YAG 激光器,在45＃钢试样表面进行激光微织构加工,采用 VYKO-NT1100三维形貌分析仪对微观织构形貌进行测量。以二硫化钼润滑脂为润滑剂,在 MMW-1A 型摩擦磨损试验机上进行微织构试样和光滑试样在不同工况条件下的摩擦性能对比试验。试验结果表明,在一定条件下,面积占有率为14％的微凹腔织构表面的脂润滑性能明显优于未织构光滑表面,且随着微凹腔面积占有率的增大,摩擦因数波动范围变小;凹槽织构表面较未织构光滑表面具有更好的润滑稳定性;在脂润滑条件下,激光微织构表面较未织构光滑表面摩擦因数最大可降低26％。     

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。     

混合流态下鲨鱼皮织构滑动轴承静特性分析

轴瓦表面的织构会导致油膜厚度分布不均匀，整个流场中雷诺数差异较大，形成紊流和层流并存的混合流态。另外在高速运转工况下润滑油温度会大幅升高，从而影响其黏度及轴承承载能力等性能。鉴于鲨鱼皮结构在减阻、防污方面的成功应用，根据鲨鱼的盾鳞结构抽象建立了类鲨鱼皮二维织构的数学模型；同时考虑紊流以及油膜温度的作用，将类鲨鱼皮织构用于滑动轴承轴瓦形面的设计上，从鲨鱼皮织构的周向和轴向分布位置、织构深度、转速4个方面，对比分析了鲨鱼皮织构与球坑以及圆柱坑织构对滑动轴承静特性的影响。结果表明：1)织构位置分布对径向滑动轴承的性能影响非常大；2)不同织构深度下，鲨鱼皮织构始终表现出良好的减摩效果；3)高速紊流状态下的鲨鱼皮织构滑动轴承相比其他轴承减阻效果更加明显。     

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。     

微织构光固化填充h-BN的巴氏合金表面摩擦学性能

为了提高巴氏合金在油润滑条件下的摩擦学性能,在巴氏合金表面加工凹坑微织构并利用光固化填充方法填充六方氮化硼(h-BN)固体润滑剂,制备出h-BN与表面微织构相结合的复合润滑结构。研究复合润滑结构在油润滑条件下的摩擦学性能及其减摩润滑机制。结果表明：复合润滑结构的摩擦学性能远高于未织构面和纯织构面;当凹坑微织构直径较小时,织构密度为10%～20%时,复合润滑结构摩擦因数较小,而凹坑直径较大时,随着织构密度的增加,复合润滑结构摩擦因数逐渐减小;当织构密度小于20%时,凹坑直径较小的复合润滑结构摩擦因数小,当织构密度达到30%时,随着凹坑直径的增加,复合润滑结构摩擦因数减小。复合润滑结构能够改善巴氏合金表面摩擦学性能,是因为h-BN固体润滑剂的释放在巴氏合金表面形成了固体润滑薄膜,避免了润滑油膜较薄处的巴氏合金表面直接与45钢表面接触,且释放h-BN固体润滑剂后的微织构凹坑可以起到收集磨粒,储存润滑油的作用。     

SiC/石墨配副密封端面织构低速磨损特性

采用端面上加工有倾斜椭圆微孔的SiC环和石墨环配副,实验研究椭圆微孔机械密封端面的低速摩擦磨损性能。实验测量干摩擦及油润滑条件下SiC环的磨损率和温升,分析表面织构对密封端面磨损特性的影响规律。结果表明:接触干摩擦条件下,与织构面配副的石墨环的磨损率明显高于光滑表面;油润滑条件下,转速相对较低时,织构面的温升高于光滑表面,表现出增磨效果;转速相对较高时,织构面的温升小于光滑表面,表现出减磨效果;并且干摩擦和油润滑条件下,表面织构均可减少磨屑的切削和犁削作用,起到表面研磨作用,使得石墨环表面更为光滑。     

往复运动下圆凹坑形表面织构减摩性能研究

为研究圆凹坑形表面织构在往复运动下的减摩性能,尤其是织构面积率对摩擦因数和润滑状态的影响,在UMT-Ⅲ型摩擦试验机上进行往复式摩擦试验.试验中采用的摩擦副材料为Cr12与45#钢,在45#钢上加工出面积率为2％、6％、10％的圆凹坑形织构.保持运动频率不变,在不同载荷下试验,研究织构面积率在不同载荷下的减摩性能;然后改变往复运动频率,在固定载荷下试验,采用频率参数作为速度参数计算动压参数,绘制Stribeck曲线,研究织构面积率对润滑状态的影响.结果表明:当载荷较小时,较大面积率的表面织构减摩效果较好,当载荷较大时,表面织构具有增大摩擦力的作用,即表面织构的减摩效果对载荷敏感;在较小的载荷下,面积率较大的表面织构可以在较低的运动频率下进入流体润滑状态.     

超声振动切削表面织构摩擦性能研究

利用超声振动辅助切削在零件表面制备织构,通过流体润滑摩擦实验对表面织构的摩擦性能进行测试,分析了织构参数对摩擦性能的影响,并对光滑表面与织构表面进行摩擦系数对比。结果显示,织构单元的长度、长宽比以及面积越大,摩擦系数越小,并且长度对摩擦系数的贡献率为63.74%。相同实验条件下,织构表面的摩擦性能较光滑表面可以提升34.3%。     

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。     

仿生鲨鱼皮盾鳞的参数化三维建模技术*

鲨鱼皮的减阻机制与其真实几何形态密切相关,针对目前仿生鲨鱼皮建模中参数化设计程度较低的问题,提出一种使用真实鲨鱼皮盾鳞数据进行参数化设计的几何建模方法。该方法将采集的鲨鱼皮μCT数据进行三维重建以获得盾鳞样本模型,并对盾鳞样本模型进行形态分析与参数定义。建立基于微分域网格变形算法驱动的参数化几何建模编辑系统,以实现盾鳞样本模型的几何形态设计。依据鲨鱼皮不同部位盾鳞模型的几何参数,实现了样本模型的参数化变形设计。试验结果表明该技术路线稳定可靠,变形设计过程无形态扭曲,最终结果能够反映鲨鱼皮不同部位盾鳞真实几何形态。