脂润滑条件下表面织构对滑动表面承载性能的影响

为了研究脂润滑条件下表面织构对滑动表面承载性能的影响,设计球缺形、等边三角形、椭球缺形、圆台形、等腰梯形和直角三角形等6种不同形状的表面织构,利用CFD软件分析6种表面织构在相同深度和面积占有率下的承载性能,发现等边三角形织构的承载能力最强。针对等边三角形织构,探讨织构深度、面积占有率以及摩擦副表面间隙对其承载力的影响,结果表明:在一定的织构面积占有率范围内,承载力随着面积占有率的增加而增大;在相同面积占有率的条件下,承载力随织构深度大致呈现出先减小、后增大、再减小的变化规律;摩擦副表面间隙越小,其承载力越强。     

表面微织构影响点接触润滑摩擦性能的实验研究

针对球-盘高副点接触开展微织构表面摩擦学性能实验研究。采用激光工艺在试样表面上加工出具有一定形状、深度和面积比的矩形微织构,采用三维表面形貌仪测量微织构的形貌特征,在摩擦磨损实验机上进行摩擦学实验,研究往复运动模式下微织构深度、间距等参数对球-盘点接触润滑摩擦性能的影响。结果表明:较浅的微织构具有相对较小的摩擦因数;较高频率下微织构表现出较好的润滑和减摩效果;沿运动方向的微织构间距增大,摩擦因数逐渐降低,超过Hertz接触直径之后,摩擦因数变化不明显;垂直于运动方向微织构边长增大,摩擦因数呈现先减小后增大的变化趋势。     

边界润滑条件下表面微细织构减摩特性的研究

表面织构(Surface texture)已被证明是一种提高表面承载力和改善表面摩擦学特性的有效方法。然而在边界润滑条件下,织构对表面摩擦性能的影响机制仍未明确。利用纳米压痕仪在碳钢表面制作了具有不同密度和深度(125~500nm)的划痕的点阵,并通过改进的四球试验机对其在边界润滑下的摩擦性能进行了评价。试验载荷为100~300N,相对滑动速度为0.19~1.33m/s。研究发现:在边界润滑条件下,深度为125nm的低密度"划痕"点阵具有良好的减摩效果。     

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％。     

表面织构润滑减磨性能仿真分析方法实验验证

选用销-盘实验模型,以圆柱形表面织构为研究对象,通过实验测得表面织构的摩擦因数和盘试件磨损量,通过单元仿真分析得到油膜上表面压力最大值。引入相关系数,研究不同参数表面织构下,摩擦因数和磨损量与油膜上表面压力最大值之间相关关系。结果表明：数值分析得到的油膜压力最大值与实验得到的磨损量和摩擦因数之间在有着较高的相关性;单元仿真分析方法能够反映出表面织构润滑减磨性能的总体趋势,可用于确定表面织构优化参数,是一种有效减少实验的方法。但是该方法不能适用于表面织构直径较小时。     

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%。     

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。     

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.     

织构长宽比对钻头轴承润滑减磨性能的影响

基于雷诺方程建立单一织构不可压缩牛顿流体润滑条件下的动压润滑理论模型,采用有限差分法和高斯-赛德尔迭代法求解雷诺方程,分析不同长宽比(平行速度方向为长度方向,垂直速度方向为宽度方向)织构表面对动压润滑性能的影响;并采用MMW-1型微机控制万能摩擦磨损试验机开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下的单元摩擦学实验,对比分析不同长宽比织构对销-盘摩擦副表面摩擦磨损性能的影响;综合数值仿真与单元摩擦学实验结果,分析织构长宽比对织构润滑减磨的影响机制。数值仿真结果表明,织构长宽比对织构动压润滑性能的影响与织构深度有较大的关系,织构深度小于最小油膜厚度时,织构长宽比越小,织构的动压润滑性能越好;织构深度大于最小油膜厚度时,织构长宽比越小,织构的动压润滑性能越差。单元摩擦学实验结果表明,不同长宽比织构均能有效提高表面的摩擦学性能,但表现为织构长宽比越小,织构表面抗摩擦磨损性能越好。数值仿真和实验结果的差异在于仿真分析为动压润滑状态,而单元实验研究则为混合润滑状态。     

Ag膜在干摩擦、油和脂润滑下的摩擦学性能研究

精密运转部件表面沉积一层软金属银和银基固体薄膜可以有效地降低摩擦、减小磨损。通过钢球/镀Ag膜摩擦盘在干摩擦、4122油和L252脂润滑条件下的球-盘摩擦学试验,研究Ag膜在油和脂复合润滑下的摩擦学性能,分析润滑条件、载荷、速度对Ag膜摩擦因数的影响。试验结果表明:在4 N法向载荷和油、脂润滑下,与干摩擦相比,镀Ag膜摩擦副的最大静摩擦因数分别减小了10.7%和6.1%;在0～2 000 r/min转速范围内,Ag膜摩擦因数随转速增加而减小,与干摩擦相比,油润滑下Ag膜摩擦因数减小9%～48%,脂润滑下Ag膜摩擦因数减小17%～52%。Ag膜在干摩擦、4122润滑油和L252润滑脂复合润滑下,摩擦因数均随载荷增加而降低;Ag膜摩擦副/钢球在油、脂复合润滑下启动摩擦力矩小,摩擦副在宽转速范围内摩擦因数变化小,运转平稳。     

表面织构布置方式对高分子材料摩擦磨损的影响

摩擦副动环使用316不锈钢材料,静环分别选用赛龙SXL、研理PREM和研理UNIV 3种高分子材料,通过摩擦磨损试验评估水润滑条件下凹坑表面织构布置方式对3种摩擦副的摩擦因数和磨损量等参数的影响规律,筛选合适的织构布置方式及摩擦副的高分子材料。试验结果表明,当硬材料与软材料作为一对摩擦副时,织构应布置在软材料试样上,这样有利于防止软材料变形后的凸峰嵌入到硬材料的织构凹坑中,可减小摩擦与磨损,改善摩擦副的润滑状况;此外,当表面织构布置在软材料试样上时,摩擦因数也最小;研究的3种高分子材料中,研理UNIV具有较好的摩擦学性能。     

复合工艺制备的表面微凹坑织构的摩擦性能研究

在构建的激光电化学复合微加工系统上,采用皮秒脉冲激光辐照与电解刻蚀复合加工方法在7075铝合金表面制备出不同尺寸的阵列凹坑微织构。采用共聚焦显微镜观测复合加工织构试样表面形貌,采用MFT-5000型RTEC摩擦磨损试验机研究润滑条件下凹坑织构的摩擦学性能,并探讨直径、深度、面积密度对减摩性能的影响。结果表明:复合加工工艺制备的表面微织构具有良好的表面形貌;润滑条件下材料表面的凹坑型织构能显著改善其摩擦学性能,相比光滑表面最高可降低摩擦因数30%;在实验参数范围内,凹坑的直径与面积密度对材料表面摩擦性能影响较大,凹坑深度对摩擦性能影响较小。     

正弦波粗糙度对织构表面动压润滑的影响

为研究动压润滑状态下粗糙度对织构的影响,建立正弦波粗糙度对织构化表面影响的动压润滑理论模型,并采用有限差分法对模型进行求解,分析正弦波粗糙度幅值、波长和分布方式对织构滑移表面油膜压力分布、承载力和摩擦因数的影响。数值计算结果表明:垂直分布粗糙度对表面综合性能的提高优于平行分布粗糙度,有利于提高表面的承载能力及降低摩擦因数;粗糙度波长及幅值对动压性能的影响则与织构深度和粗糙度的分布方式有很大关系。     

润滑介质对织构化表面摩擦学性能影响的实验研究

采用纳秒激光烧蚀技术在铍青铜盘试样表面加工3种不同参数圆形微凹坑织构,选用石油装备中常用的低黏度L-CKD150润滑油和高黏度复合锂基润滑脂为润滑介质,开展不同润滑环境下销-盘摩擦学实验,对比分析L-CKD150润滑油和复合锂基润滑脂对织构表面摩擦磨损性能的影响差异。实验结果表明:2种不同润滑环境下,合理参数织构均可有效提高表面润滑性能、减少摩擦磨损;润滑介质对织构表面摩擦磨损性能的影响差异与接触压力有关,接触压力较低时,L-CKD150润滑油润滑性能优于复合锂基润滑脂,接触压力较高时则复合锂基润滑脂润滑性能更优;相同工况下,相比于L-CKD150润滑油润滑,复合锂基润滑脂润滑时最优织构直径更大。     

摩擦副表面沟槽型织构润滑性能的数值仿真

从目前的研究来看,织构的深度和载荷对油膜的润滑性能具有显著的影响,然而,在载荷变化的情况下,润滑膜的最小膜厚和黏性阻力是一个动态变化的过程。因此不同载荷下,最佳织构深度的选取还需系统地进行分析。通过建立沟槽型织构流体润滑模型,分析了织构的深度以及承载力对摩擦副的油膜厚度、压力、剪切力、以及摩擦因数的影响。结果表明：在承载力一定时,油膜厚度随织构深度的增加呈先增大后减小的趋势。在89 N载荷下时,存在最佳油膜厚度6.4184μm,此时织构深度为2.97μm,摩擦因数为0.0162。     

弹流润滑条件下织构表面亚表层特性研究

为研究在弹流润滑状态下表面形貌对亚表层特性的影响,利用激光加工方法获得2种微凹坑型织构表面形貌,通过将实测的表面形貌坐标输入弹流润滑数值计算程序得到油膜压力和膜厚分布;以对应工况的油膜压力作为表面法向压应力,利用Rabinowicz经验公式算出剪切应力;将表面法向压应力和切向剪应力叠加后对弹流润滑界面亚表层特性进行仿真研究。结果表明：表面织构使亚表层应力分布发生显著改变;微凹坑直径、卷吸速度对亚表层应力的大小与分布有不同的影响;亚表层变形在摩擦过程中呈现随深度增加先缓慢减小后快速下降的规律,研究结果将为通过表面形貌设计改善轴承等零件受力状况提供理论支持。     

基于椭圆织构优化的间隙密封液压缸摩擦性能研究

考虑织构参数对零件表面性能影响的多变性和复杂性,以间隙密封液压缸为研究对象,在液压缸的缸筒内壁构造椭圆微织构形貌,采用循环迭代法研究椭圆织构的长短轴比、椭圆率以及面积占有率等多个椭圆形状参数同时变化对缸筒表面动压润滑和摩擦性能的影响;同时在获得最优椭圆织构参数后进一步分析了液压缸与活塞间隙以及活塞运动速度对织构表面摩擦特性的影响。结果表明此种方法可以得到最优椭圆织构参数即优势区间,即当椭圆织构的长、短轴尺寸分别为a∈［0.43,0.46］mm,b∈［0.29,0.32］mm,缸筒表面产生最大动压和最佳润滑特性,且存在一个最佳间隙值(2 μm)使得织构表面油膜承载力最大,而活塞运动速度对缸筒表面的摩擦性能影响较小。     

表面织构改善摩擦特性的研究进展

介绍了凸包形、凹坑形及凹痕形等表面织构形貌,并对表面织构的几种加工技术进行对比。通过分析表面织构在工业方面的应用实例,阐述了表面织构在不同润滑状态条件下的减摩理论:附加流体动压效应理论、二次润滑理论和俘获磨屑颗粒理论。重点讨论了织构形貌、面积密度、纹理尺寸和深径比及分布形式等参数对摩擦特性的影响。同时运行条件和润滑状态对摩擦特性也起主要作用,但并非所有的表面织构都可以改善摩擦学特性,只有具有合适参数的表面织构在合适的运行条件和润滑状态下才可以显著改善摩擦学特性。总结了表面织构与涂层技术相结合、混合表面织构两种未来表面织构的研究方向,指出表面织构还需进一步深入研究的方面。     

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。