基于Carreau流变模型的渐开线齿轮摩擦因数研究

结合载荷分担概念和弹流润滑理论,研究润滑剂的流变性对渐开线齿轮油膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响;分别采用Carreau流变模型和Doolittle-Tait自由体积黏度模型描述润滑剂的剪切稀化特性及黏压关系,研究齿轮载荷、转速、表面粗糙度和润滑剂压黏系数对摩擦因数的影响。研究结果表明:不同的润滑剂剪切稀化特性不同,因此油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均不同;摩擦因数随着转矩的增大先显著增大,当超过某一转矩值时,摩擦因数开始缓慢变化;摩擦因数随着转速的增加先显著减小,当转速增加至某一值时摩擦因数又随之增大;随着表面粗糙度和润滑剂压黏系数的增大,摩擦因数均明显增大。     

不同晶型SiC_p对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用加压烧结法制备含有不同晶型SiCp的铜基粉末冶金摩擦材料,研究不同晶型SiCp对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:不同晶型SiCp对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能的影响不同。摩擦材料的摩擦因数随着β-SiCp加入量的增加而升高,当β-SiCp的质量分数超过6%时,在摩擦过程中材料和对偶发生严重磨损;α-SiCp含量对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能影响不显著;当SiC颗粒的质量分数为2%~6%时,β-SiCp相比α-SiCp更适合作为摩擦组元用于铜基粉末冶金摩擦材料中。     

FeS/铜基复合材料摩擦磨损性能研究

通过粉末冶金方法制备含Fe S的铜基复合材料,采用M-200型摩擦磨损试验机,分别在干摩擦和浸油干摩擦条件下对其摩擦磨损性能进行检测。结果表明:Fe S/铜基复合材料在2种工况条件下均具有一定的减摩效果,并且随着Fe S含量的增多,摩擦副摩擦因数越来越小;在浸油干摩擦条件下,当Fe S含量较高时,润滑油与Fe S转移膜共同作用形成液-固润滑膜,边界润滑效果较好。     

钼铁合金对铜基摩擦材料性能影响

采用粉末冶金技术制备铜基摩擦材料,利用销盘式摩擦试验机,在摩擦速度为3.1～47.1 m/s的范围内,研究钼铁合金对铜基粉末冶金摩擦材料性能影响。实验结果表明：材料添加钼铁合金,提高了摩擦因数和耐磨性,并且影响程度与摩擦速度有关。低速摩擦时,钼铁合金含量增加,摩擦因数和磨损率变化不大,这是由于钼铁合金剥落的概率相应增加,摩擦表面微凸体的数量没有明显改变;高速摩擦条件下,表面硬质微凸体增加和连续致密的第三体降低表面粗糙度的综合的作用使得摩擦因数变化不大。钼铁合金含量增加,增强基体抗软化能力,降低犁削程度,发挥良好耐磨性。     

B_4C含量对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

为了提高和稳定铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦因数和耐磨性,以B_4C为摩擦组元,采用粉末冶金方法制备铜基摩擦材料,研究B_4C的添加量对材料的摩擦磨损性能的影响规律。结果表明:随着B_4C质量分数增加,铜基摩擦材料的密度降低,硬度增加;B_4C颗粒能提高铜基摩擦材料的摩擦因数,同时随着B_4C质量分数的增加,铜基摩擦材料的磨损量先减小后增大,B_4C质量分数为6%时材料的耐磨性能最好;B_4C颗粒的强化作用提高材料的变形抗力,烧结材料的硬度得到明显提高;B_4C颗粒在摩擦过程中起到抵抗对磨偶件的表面犁削作用,提高了材料的耐磨性。     

不同摩擦材料液黏离合器特性研究

分析了液黏离合器摩滑状态,建立带排转矩的数学模型,结合本文所研究液黏离合器的具体参数进行求解,得知摩擦片间隙是影响带排转矩的关键参数。经分析液黏离合器的摩滑特性及试验研究,验证了摩擦片带排转矩计算模型的准确性。分别进行了两种摩擦材料带排、温升及转速差对输出转矩的影响试验,通过试验发现,相同结构的铜基摩擦片带排转矩约为碳基摩擦片的2倍,得知相同试验条件下铜基摩擦片温升高于碳基摩擦片,且摩擦因数随转速差的变化较大,并拟合出了摩擦因数与转速差的关系式。     

铜-二硫化钼粉末冶金材料的载流摩擦磨损性能研究

将MoS2粉末与铜粉、镍粉、铁粉、铅粉均匀混合后冷压并经880℃烧结,制备了Cu-10%MoS2和Cu-20%MoS22种销试样。以铬青铜QCr0.5为盘试样,采用自制的载流摩擦磨损试验机,研究了铜-二硫化钼粉末冶金材料的载流摩擦磨损性能。研究结果表明:在有电流条件下,加入MoS2可显著降低铜基粉末冶金/铬青铜配副的摩擦因数和铜基粉末冶金材料磨损率,10%和20%MoS2含量的粉末冶金试样的磨损率相差不显著,20%MoS2含量的摩擦因数在高速时有所增加。     

铜基粉末冶金/Q235B摩擦副载流摩擦磨损性能*

磁浮列车中部分制动闸片在服役时一直处于受流状态,导致材料磨损加剧,影响闸片的服役寿命。为研究中低速磁悬浮列车制动闸片在受流工况下的摩擦磨损性能,以制动闸片使用的铜基粉末冶金材料和刹车盘使用的Q235B材料为摩擦副,研究不同制动速度下铜基粉末冶金/Q235B摩擦副的载流摩擦磨损行为。结果表明：无电流时随着滑动速度的增大,摩擦因数及磨损率整体呈现下降的趋势,载流时随着滑动速度的增大,摩擦因数整体呈现下降的趋势,而磨损率则整体呈现上升的趋势;无电流时磨损后的铜基粉末冶金材料表面覆盖着一层靛色的第三体层,该第三体层低速时主要以颗粒状为主,随着速度的增加逐渐被压实成连续致密状,高速时因黏着磨损加剧使得连续致密状第三体被破环,导致材料的摩擦因数和磨损率呈现反向增长的趋势;载流下磨损后的铜基粉末冶金材料表面出现了以机械磨损为主和以电弧烧蚀为主的2个区域,其中以机械磨损为主的区域依然是由靛色的第三体层组成,而以电弧烧蚀为主的区域表面则覆盖了一层金色熔融状物质,并且随着速度的增大,烧蚀区面积也逐渐增大。     

高速制动工况下Cu基粉末冶金闸片材料的摩擦磨损性能

采用粉末冶金工艺,制得铜基摩擦材料;利用MM 1000Ⅱ型摩擦磨损试验机模拟列车实际工况条件,测试其摩擦磨损性能;用扫描电镜观察铜基摩擦材料表面磨痕,并分析其磨损机制。结果表明：一定制动压力下,铜基摩擦材料摩擦因数和磨损率均随着制动速度的增加先升高后降低,150 km/h时制动性能最好,250~300 km/h时制动性能最为稳定;制动速度一定时,随着制动压力的增加,摩擦因数先升高后降低,磨损率增大并趋于稳定,04 MPa时摩擦因数最大,08~10 MPa时制动性能比较稳定;铜基摩擦材料在高速制动工况下的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损。     

三角形摩擦块粉末压制工艺模拟分析

三角形摩擦块在压制过程中出现裂纹、掉角等缺陷,严重影响压坯的使用性能。采用MSC.Marc软件对三角形铜基粉末冶金摩擦块的压制过程进行有限元模拟分析,研究压制方式、摩擦因数、保压时间等参数对摩擦块的应力及相对密度分布的影响。结果表明:与单向压制方式相比,双向压制制备的粉末压坯相对密度较大,密度均匀性好;摩擦因数对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较大,摩擦因数越小,摩擦块密度均匀性越好,等效应力越小且分布越均匀,而保压时间对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较小。对原压制工艺进行改进,提出较为经济实用的压制工艺方案。     

三角形摩擦块粉末压制模拟分析

三角形摩擦块在压制过程中出现裂纹、掉角等缺陷,严重影响压坯的使用性能。采用MSCMarc软件对三角形铜基粉末冶金摩擦块的压制过程进行有限元模拟分析,研究压制方式、摩擦因数、保压时间等参数对摩擦块的应力及相对密度分布的影响。结果表明：与单向压制方式相比,双向压制制备的粉末压坯相对密度较大,密度均匀性好;摩擦因数对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较大,摩擦因数越小,摩擦块密度均匀性越好,等效应力越小且分布越均匀,而保压时间对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较小。对原压制工艺进行改进,提出较为经济实用的压制工艺方案。     

离合器配对摩擦副径向温度梯度对接触比压的影响

针对离合器滑摩过程中摩擦副元件温度场和应力场分布,建立摩擦热流密度与真实接触面积的动态滑摩过程分析模型,通过动态测温和静态比压试验验证了理论模型对接触比压分布研究的适用性。引入了摩擦副元件动态滑摩热弹形变系数Kα、静态不均匀接触系数Kδ和离合器接触比压扰动系数K。K值为接触比压最大值与名义平均接触比压之比,K值越大,配对摩擦副接触界面比压扰动越大,表明配对摩擦副接触特性越差,真实接触面积越小,离合器越可能出现局部高压与高温区。理论分析与试验结果表明:所研究的铜基粉末冶金摩擦材料与65Mn对偶钢片组成的配对摩擦副:在低、中摩擦热流密度时,真实接触面积为名义接触面积的40%~60%;高摩擦热流密度时,真实接触面积约为名义接触面积20%~40%;当达到或超过临界摩擦热流密度时,配对摩擦副真实接触面积仅为名义接触面积的10%~15%。     

氧化铝颗粒增强铜基复合材料的摩擦磨损性能

利用粉末冶金法制备了Al_2O_3颗粒增强铜基复合材料,分析了Al_2O_3含量和转速对复合材料耐磨性能以及摩擦因数的影响。结果表明:复合材料的磨损量随Al_2O_3含量的增加先减小后增大,Al_2O_3体积分数为15%时耐磨性能最好;磨损量以及摩擦因数随着转速的增大先增大后减小,在400 r·min~(-1)时的磨损最严重,摩擦因数最大;磨损主要机制是粘着磨损和磨粒磨损。     

持续制动条件下摩擦温度对制动性能的影响

为探讨铜基粉末冶金闸片与钢盘摩擦副持续制动过程中,盘面温度对摩擦性能的影响和摩擦副表面状态,采用铜基粉末冶金和钢盘配对的摩擦副,利用1∶1高速列车制动试验台,在不同速度和压力条件下进行30 s的持续制动试验,测试制动过程中盘面温度和闸片摩擦磨损性能的变化情况,并观察闸片表面状态。试验结果表明:在持续制动过程中,当盘面最高温度低于350℃时,瞬时摩擦因数升高,闸片表面是松散的第三体,表面有剥落坑;当盘面最高温度高于350℃时,瞬时摩擦因数降低,第三体流动性增强,表面形成压实的第三体,出现裂纹;当盘面最高温度超过600℃时,闸片表面出现龟裂纹,摩擦表面发生大面积的剥落,闸片被破坏。     

锡对粉末冶金铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金的方法制备铜基摩擦材料,利用GF150D型定速摩擦试验机,研究摩擦速度为200~3 000 r/min、制动压力为0.38~0.63 MPa条件下,锡的质量分数在0~14%范围内材料的摩擦学行为。结果表明,材料中添加锡可明显提高材料的摩擦因数,其中锡质量分数为12%左右时材料的摩擦因数达到最高值,这是因为低锡含量时材料的强度不高使摩擦因数偏低,而锡含量过高时润滑作用增强,导致材料的摩擦因数降低;锡的质量分数在8%~12%范围对降低高速摩擦条件下的磨损率作用明显,这缘于合理的锡含量提高了材料的强度使材料的耐磨性提高;在低摩擦速度下,摩擦因数随着制动压力的增加而增加,而在高摩擦速度下,摩擦因数随压力增加而降低;在高速高压摩擦中,由于摩擦温度高以及第三体数量和基体软化程度与流动性的增加,导致摩擦因数降低。     

烧结压力对铜基粉末冶金闸片材料摩擦学性能的影响

在不同烧结压力下制备了铜基粉末冶金闸片材料,研究了烧结压力对其孔隙率和硬度的影响;采用高速摩擦磨损试验机,选择15CrMo钢作为配副材料,研究了铜基粉末冶金闸片材料的摩擦学特性,并用扫描电镜观察分析了材料显微组织及磨损表面形貌。结果表明:随着烧结压力从0 MPa增大到1.25 MPa,试验材料的孔隙率降低而硬度得到提高,摩擦因数和磨损率都同步减小;再继续增大烧结压力对孔隙率和摩擦磨损性能的影响不大。     

高速干滑动条件下钢/铜摩擦副摩擦磨损表面摩擦热规律研究

利用MMS-1G高温高速销-盘摩擦磨损试验机,以钢/铜摩擦副为研究对象,进行摩擦磨损试验,使用热电偶对摩擦表层进行测温,应用JSM-5610LV型扫描电子显微镜对摩擦表面进行观察,研究在高速干摩擦条件下摩擦热的影响因素及对表面磨损机制的影响。结果表明:摩擦表面的温度随着速度、载荷的增加而增加;在摩擦初期摩擦温度显著增加,摩擦因数快速下降,当达到某一数值后形成一个动态的平衡;随着摩擦温度的升高,磨损机制发生转变,由粘着磨损转变为磨粒磨损和粘着磨损共同作用。     

铝对铜基粉末冶金材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了含铝和石墨的铜基粉末冶金摩擦材料,利用定速摩擦试验机,分别在干、湿状态下,探讨了各摩擦速度条件下铝对材料摩擦磨损性能的影响规律.结果表明,铝有利于稳定摩擦因数,提高材料的耐磨性,原因在于铝提高了材料的硬度,从而降低摩擦面微凸体的变形程度.在干摩擦状态下,低速条件下的摩擦因数随铝含量增加而减小,高速条件下的摩擦因数变化不明显;湿摩擦状态,水膜的润滑作用降低了摩擦因数,铝含量增加,有利于提高低速摩擦条件的摩擦因数.高速摩擦条件下,由于离心作用和水分的加热蒸发,水膜的润滑作用降低,摩擦因数波动不显著.     

液黏传动摩擦副流固耦合传热分析

为探求液黏传动在充满工作油的流体阶段摩擦副温度分布情况,建立薄盘结构摩擦副热流固耦合模型,采用计算机流体仿真软件FLUENT对径向槽摩擦副进行数值模拟,得到摩擦副的温度云图。通过搭建液黏传动装置试验台,测得径向油槽摩擦副间油膜温度分布数据。结果表明:在径向方向上,随半径的增加,摩擦副温度逐渐增加且沟槽处温度低于无沟槽处;在圆周方向上,相同半径处摩擦副的沟槽区比无沟槽区温度高,表明沟槽可以有效地降低工作油的升温;在纯油膜阶段摩擦片升温明显高于对偶片升温。有限元分析和实验研究结果趋势基本一致,验证了理论分析的可靠性。     

线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能

为研究线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能,建立其理论模型,并运用多重网格法进行数值分析,探讨工况参数(载荷、转速)和微织构参数(面积占有率、深径比)对表面油膜压力的影响;在MMW-1A摩擦磨损试验机上研究微织构面积占有率与摩擦因数的关系。结果表明,线接触条件下微织构化表面的油膜平均压力随着载荷和转速的增大而增大,随着微织构面积占有率的增大而先增大后减小,随着深径比的增大而减小;而摩擦因数随着微织构面积占有率的增大而先减小后增大再减小;存在最优的微织构面积占有率,使得油膜平均压力最大和摩擦因数最小。试验结果较好地验证了数值模拟结果,表明线接触摩擦副织构化表面具有较好的减摩特性。