表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响

为研究油气润滑状态下表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,在角接触球轴承的内圈滚道上设计表面织构,基于气液两相流理论,采用多重参考坐标系(MRF)模型和流体体积(VOF)法,对高速角接触球轴承腔内润滑油流动特性进行数值分析,对比分析长沟槽、短沟槽、矩形、圆柱形4种表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,发现长沟槽形的表面织构对改善角接触球轴承的润滑性能效果最为显著,并进一步分析长沟槽形表面织构结构参数对轴承润滑性能的影响。结果表明：轴承腔内油相体积分数随着沟槽深度和面积率的增大先增大后减小,随着沟槽宽度的增加逐渐增大,存在最佳织构参数使得轴承腔内油相体积分数最大。因此,合理地设计织构参数能有效提高角接触球轴承润滑性能,该研究结果对角接触球轴承表面织构设计具有一定的参考价值。     

仿生微织构对刀具切削性能影响的有限元分析

仿生摩擦学的相关研究表明,高性能的表面微织构具有良好的减摩抗磨性能。本文利用ABAQUS软件,对无微织构和有微织构硬质合金刀具的二维直角切削过程进行了有限元分析。仿真试验表明:一定尺寸的沟槽微织构可以有效改善刀—屑摩擦过程中的应力分布状况,减少应力集中现象,既提高了刀具的减磨性能,同时还可以降低20%左右的切削力。然后,采用激光加工方法在YG8硬质合金刀片的前刀面置入不同宽度的沟槽微织构,在一定载荷条件下进行摩擦磨损试验。试验发现:沟槽型微织构可以有效地降低硬质合金刀面的摩擦系数,并且不同宽度的沟槽其减摩效果是不一样的。     

沟槽型织构表面对界面摩擦学行为的作用机制

在球-盘接触状态下,研究具有不同宽度的沟槽型织构表面对界面摩擦学特性的影响,并揭示沟槽型织构表面对界面摩擦学行为的作用机制。试验结果表明:沟槽型织构表面显著地改变界面的摩擦学行为,特定尺寸参数的沟槽型织构表面能有效改善界面的摩擦磨损特性;沟槽的存在改变摩擦界面的接触状态,从而引起界面的法向位移和法向力信号产生突变;具有合理尺寸参数的沟槽型织构表面,能充分捕获界面的磨屑,避免对摩试样之间产生强烈的撞击作用,从而有效地改善界面摩擦学行为。     

仿生微织构对刀具切削性能影响的有限元分析

仿生摩擦学的相关研究表明,高性能的表面微织构具有良好的减摩抗磨性能.本文利用ABAQUS软件,对无微织构和有微织构硬质合金刀具的二维直角切削过程进行了有限元分析.仿真试验表明:一定尺寸的沟槽微织构可以有效改善刀—屑摩擦过程中的应力分布状况,减少应力集中现象,既提高了刀具的减磨性能,同时还可以降低20％左右的切削力.然后,采用激光加工方法在YG8硬质合金刀片的前刀面置入不同宽度的沟槽微织构,在一定载荷条件下进行摩擦磨损试验.试验发现:沟槽型微织构可以有效地降低硬质合金刀面的摩擦系数,并且不同宽度的沟槽其减摩效果是不一样的.     

沟槽型表面织构对结合面刚度的影响

刚度是表征结合面动态特性的重要指标,论文研究了表面织构技术对球-块接触的结合面刚度的影响。论文在块表面加工矩形沟槽,通过改变矩形沟槽的宽度和深度来研究织构几何尺寸的改变对刚度带来的影响。论文采用理论分析和仿真分析相结合的方法,基于赫兹理论得到了刚度和几何尺寸之间的关系,并利用ANSYS进行建模仿真分析,结果表明表面织构技术可以有效地提高结合面接触刚度,不同的织构几何尺寸对结合面接触刚度的提高具有重要影响。     

YG8硬质合金表面沟槽织构的制备及其减摩特性

采用光纤激光加工设备在YG8硬质合金表面加工出沟槽织构,研究了激光加工参数对织构尺寸及形貌的影响,得到最佳激光加工参数;采用最佳激光加工参数在硬质合金表面加工出4种不同方向的正弦型沟槽织构,研究了干摩擦条件下织构的减摩特性。结果表明:随着激光功率、扫描次数的增加或扫描速度的减小,沟槽织构尺寸增大,但过高的激光功率或过多的扫描次数导致织构底部粗糙;最佳激光加工参数为激光功率40W,扫描速度100mm·s~(-1),扫描次数200次,此时沟槽织构表面形貌较好,织构宽度为160μm,深度为15μm;在试验载荷为2N、滑动速度为20mm·s~(-1)时,正弦中心线与摩擦方向成0°的正弦型沟槽织构的减摩效果优于正弦中心线与摩擦方向成30°,60°,90°的织构,且摩擦因数比光滑试样的降低了25%。     

基于CFD的沟槽-织构复合型滑动轴承性能分析

为进一步提高滑动轴承的承载力以满足大功率滑动轴承的设计要求,在织构型滑动轴承上增加浅沟槽,提出沟槽-织构复合型滑动轴承结构;建立沟槽-织构复合型滑动轴承性能数值分析模型,通过CFD数值仿真研究沟槽结构参数对织构型滑动轴承承载能力和摩擦特性的影响。结果表明:采用沟槽-织构复合形式可进一步提升轴承的承载力及综合性能;在织构参数一定的情况下,沟槽尺寸和分布形式对轴承性能有很大影响,当沟槽布置在织构上游区、沟槽轴向边长大于周向边长时有利于提高轴承的综合性能;在一定的使用条件下,合理设计沟槽深度、沟槽长宽比及周向布置区域大小,不仅能够有效提高轴承的承载力,而且能够减小轴承的摩擦力和端泄量,进一步改善滑动轴承的性能。     

表面织构对错位瓦轴承静动特性的影响

为研究表面织构对错位瓦轴承的静动特性的影响,在错位瓦轴承表面制备几何形状为半正弦波、矩形、三角形的表面织构,建立表面织构错位瓦轴承的流体动力学润滑模型,采用有限细胞算法求解雷诺方程和能量方程,得到错位瓦轴承的关键静动特性参数,对比有无表面织构情况下的最小油膜厚度、最大油膜压力、温升、功耗和流量、刚度和阻尼等参数。结果表明:相对于光滑表面,织构增加了流量和最大油膜压力,降低了温升,减小了最小油膜厚度,同时使临界质量有所降低;在定载荷及不同转速工况下矩形织构性能最优,其最小油膜厚度最小,最大油膜压力和临界质量最大,正弦织构性能次之,三角形织构性能最差;在定转速及不同转速工况下,矩形织构轴承承载能力最大,正弦织构次之,三角形织构最小,但三角形织构临界质量最大,轴承稳定性最好。     

机件表面微槽内流体流动的数值研究

运用格子boltzmann方法(LBM)和Fluent软件分别对机械零件表面的微小沟槽内的流体流动进行了数值模拟。通过比较流体Re=200时主流速度及沟槽内X方向上不同截面的速度分布曲线,表明LBM能有效的对机件表面微小槽道流体流动进行数值模拟。针对三角形、矩形、梯形微槽道内流体的流动过程进行模拟,得到不同槽道的阻力系数,分析不同雷诺数对涡心位置的影响以及流场分布特点,数值计算结果表明了LBM方法能有效模拟微槽内的流体流动现象。     

织构化表面空化效应影响润滑性能的CFD分析

考虑织构化表面润滑介质流场的空化效应,建立具有不同截面微结构特征的有限元计算模型,利用Fluent14.0软件进行计算,研究表面织构几何形状及尺寸对流体润滑性能的影响。结果表明:考虑惯性项作用时,表面微织构会产生额外的承载力,而且随着速度提高,承载力会进一步增大;考虑空化效应时,承载能力增大近一个数量级,更符合文献中的试验结果;与三角形、矩形及椭圆织构截面相比,球缺截面的织构空化面积更小,更有利于提高承载;微结构深度和宽度尺寸影响摩擦和承载性能,研究表明,减小织构深度、增大织构宽度有利于改善润滑性能。     

刀具表面微织构的设计制造及其对摩擦特性的影响

刀具的损坏形式主要有磨损和破损,研究发现,磨损损坏形式在刀具损坏中的比例高达70%。为了减缓和降低刀具的摩擦强度,延长并提升刀具寿命,本文基于仿生学原理,通过纳秒激光器在刀具表面加工沟槽织构,改变刀具表面的结构和形态。探究激光参数对微织构尺寸和形貌的影响,确定加工微织构的最优激光参数。在此基础上,分析干摩擦条件下不同面积占有率的正弦型沟槽织构刀具在不同载荷和摩擦速度条件下的减摩机理。     

滑动表面微循环仿生润滑效应及局域失效机理研究

<正>当工程中的滑动摩擦副表面间的间隙为恒定时,不满足动压润滑充要条件中的收敛楔要求;其润滑状态取决于表面织构分布即Abbott支撑面积曲线;为此,论文基于仿生原理,结合水生物表面特征,设计了类仿生网格结构表面,以微循环动压峰补偿恒间隙无宏观动压润滑的不足,并以此揭示微循环润滑效应及其局域失效机理;研究得到国家自然科学基金的资助。本文构建和采用飞秒激光和数控加工制备出具有不同结构形态的网格织构表面,并基于其形貌特征进行了数学表征。为了研究仿生网格织构的微动压润滑效应,文中采用可视化方法对不同网格织构表面进行了摩擦学试验,测量了其油膜厚度、摩擦因数及润滑液流动特性,并基于理论分析和有限元法,揭示了其微循环效应。研究表明:文中构建的仿生网格织构可在其菱形单元交点处形成微动压力峰,此峰能够有效地改善接触处的润滑性能;以此为基础,推导了工况参数与仿生     

基于摩擦学的表面织构技术应用研究进展

表面织构是在摩擦面上加工出具有一定尺寸和排列的凹坑或微小沟槽的点阵,可有效改善表面摩擦学性能。本文介绍了表面织构的几何参数和加工方法,总结了表面织构技术在机械部件、材料加工、磁存储设备、摩擦制动等方面的研究进展,展望了未来表面织构技术可能的发展方向。     

表面织构化对摩擦学性能影响的研究进展

表面织构技术是通过微细加工技术在材料表面加工出具有一定几何形貌与尺寸,且排列规律的图案,从而改善材料表面摩擦学性能的新型表面改性技术。表面织构因在改善材料摩擦学特性方面具有的突出优势而在机械摩擦配副中发挥着重要的作用。介绍了常见的表面织构加工技术,阐述了不同工况下表面织构的减磨机理,总结了表面织构形貌及其几何参数对耐磨性能的影响,并展望了表面织构技术的未来发展方向。     

人工髋关节织构化表面摩擦学性能研究

为研究微织构形状对人工髋关节表面摩擦特性的影响,在人工髋关节表面分别设计仿生菱形织构、圆柱形织构和圆环形织构,以雷诺方程为理论研究基础建立流体动压润滑模型,用ANSYS Fluent进行数值模拟,得到微织构表面润滑油膜的平均承载力和摩擦因数,并比较不同织构形状的摩擦学性能。结果表明：在所选织构参数、工况参数范围内,平均承载力随着面积率增大以及滑动速度的提高均呈现上升趋势,在面积率为25%、滑动速度为0.3 m/s时达到最大;摩擦因数随着织构面积率的增大而呈下降趋势,在面积率25%达到最小值,摩擦因数与滑动速度的关系则因织构形状的不同存在一定的差异;研究的3种形状微织构中,仿生菱形织构的摩擦学性能最佳。因此合理选择织构形状可以减少人工髋关节摩擦副表面间的磨损。     

基于Comsol的矩形磁控溅射靶磁场模拟与分析

磁控溅射靶表面磁场分布与靶材刻蚀特性、薄膜沉积均匀性密切相关.为确定合适的磁控靶结构参数以改善靶材表面水平磁场分布均匀性,采用Comsol软件建立矩形平面磁控溅射靶三维模型,对靶材表面磁场分布进行模拟与分析,研究永磁体结构尺寸和磁轭尺寸对磁场分布的作用规律,得到靶材表面水平磁场分布均匀、水平磁感应强度范围合理的溅射靶结...     

齿轮仿生织构特征设计及有限元分析

为降低齿轮啮合界面摩擦,提升齿轮传动性能及寿命,基于仿生摩擦学和有限元仿真技术,通过研究齿面织构特征对齿面应力的影响规律,合理设计了齿面织构特征参数,包括仿生织构的形状、尺寸、密度、分布形式等。仿真结果表明:仿生沟槽宽度对齿面应力影响较大,沟槽深度、沟槽间距及沟槽与齿顶距离对齿面应力影响较小;沟槽深度的增加会导致齿面应力的降低;随着齿轮传递扭矩的增大,织构齿轮和光滑齿轮齿面应力均表现出明显增大的趋势,但相同条件下,织构化齿面的接触应力明显高于光滑齿面。     

带仿生织构的水液压马达配流体摩擦副摩擦学特性仿真研究

针对水液压马达摩擦磨损的问题,基于动压支承理论,对水液压马达带仿生织构表面的配流副摩擦学特性进行了研究。首先利用现有表面微织构,在水液压马达配流副表面构建出了不同直径、不同深度及不同分布的仿生织构;然后运用有限元法,对不同织构形貌下的仿生配流体表面的应力分布进行了计算与分析;最后对其在不同深径比及织构密度下的摩擦等效应力进行了研究。研究结果表明:当配流体仿生织构表面的形状为锥形,转子端面为圆柱坑的双织构海水液压马达配流副的摩擦特性最优;在配流副表面加工出适当的凹坑,可以有效降低配流副表面的摩擦磨损,延长配流副的工作寿命。     

基于正交试验的纯水液压缸鼓形密封结构改进

为提高纯水介质下液压缸活塞用鼓形密封的性能,以ZY10000-20-40DB型掩护式液压支架的活塞密封为研究对象,利用Ansys有限元软件建立鼓形密封结构二维轴对称模型,通过正交试验的方法,分析活塞内外行程情况下,不同密封沟槽结构参数和密封圈结构参数的鼓形密封的密封性能以及破损特性,并对鼓形密封结构进行优化。结果表明：相比于密封圈结构参数,密封沟槽结构参数对密封性能的影响较小,沟槽内倒角的尺寸变化对密封性能没有影响;密封圈边长尺寸过大或过小都会引起应力的集中;最大von Mises应力和接触应力都随着密封圈外凸圆弧半径的增大而增大,随着密封圈内凹圆弧半径的增大而减小。优化后的鼓形密封的最大接触应力增大18%～20%,密封性能显著提升。     

脉冲光纤激光制备聚晶金刚石疏液表面的研究

针对聚晶金刚石（PCD）表面,提出了一种经济、高效、可控制备多种微观结构的激光加工方法,与低表面能处理技术相结合,可实现对表面特性的有效调控。利用激光表面织构化方法在PCD表面制备出含有沟槽和锥形凸起的微纳结构,并分析了单脉冲能量和扫描速度对微观结构形貌和特征尺寸参数的影响;将激光织构化的PCD表面进行氟化处理,分析PCD表面微观结构对疏水和疏油性的影响规律。结果表明：随着单脉冲能量的增加或扫描速度的降低,沟槽深度、山脊间距和表面粗糙度随之增大;低表面能处理后,PCD表面与水和乳化剂的接触角分别在93°~149°和102°~134°范围内变化,由此可实现对PCD表面不同润湿性的控制。另外,分析了PCD表面微观结构的形成机理,并探讨了微观结构参数对疏水疏油性能的影响规律。