表面形貌对活塞环密封及摩擦性能的影响

综合考虑活塞环表面形貌、弹性变形、运动面型线影响,建立柴油机活塞环-缸套摩擦副的弹性流体动压润滑计算模型,分析活塞环表面纹理方向及粗糙度大小对活塞环窜气及摩擦功耗的影响。研究发现,随着转速的提升,活塞的窜气量及摩擦功耗会加剧,导致发动机效率降低;活塞环-缸套摩擦副的表面纹理方向影响窜气量和摩擦功耗,采用活塞环横向纹理和缸套纵向纹理配合时,对活塞环窜气量及摩擦功耗的改善效果较好;活塞环和缸套的表面粗糙度对密封和润滑特性有较大影响,当缸套表面粗糙度增大时,窜气量先减小后增大,摩擦功耗先增大后减小,而在一定范围内,当活塞环表面粗糙度增大时,窜气量和摩擦功耗都减小。     

磨削加工表面纹理的特征分析

表面形貌与加工表面摩擦、磨损、润滑性能密切相关.采用平面磨削的方法在机械零件常用材料45钢试件表面制作一些有规则的纹理(如横纹理、30°斜纹理、45°斜纹理),采用表面形貌统计参数中的轮廓高度算术平均值R<,a>、微观不平度十点高度R<,a>、轮廓微观不平度的平均间距S<,m>对表面形貌进行评价,分析了表面形貌表征参数与磨削表面纹理的相关关系.结果表明磨削表面形貌不仅与加工过程中的工艺参数密切相关,而且其纹理特征在很大程度上影响了表面形貌参数.     

20CrMnTi钢齿轮磨削表面的摩擦磨损试验研究

为了研究不同粗糙度表面、载荷与摩擦频率对20CrMnTi钢齿轮磨削表面的摩擦磨损性能影响规律和机理,分别在干接触状态与润滑接触状态下开展了往复滑动摩擦磨损试验。研究结果表明:摩擦系数随着接触表面粗糙度和载荷的增大而增大,但随着摩擦频率的增大而减小;磨损深度随着表面粗糙度、载荷和摩擦频率的增大而增大。因此,在干接触与润滑接触两种状态下,不同粗糙度表面、载荷与摩擦频率对摩擦学特性的影响机制均存在显著的差异。     

表面形貌对内燃机主轴承润滑性能的影响

基于Patir和Cheng的平均流量方程和流量因子,计入表面形貌和弹性变形等因素,以流体润滑理论为基础,建立内燃机主轴承的润滑分析计算模型;研究主轴颈和轴瓦表面形貌对主轴承最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦损失总功和粗糙接触压力等润滑特性的影响。结果表明,轴颈和轴瓦表面粗糙度值大小和纹理方向对主轴承润滑性能具有显著影响,随着粗糙度值的增加,最小油膜厚度增加,油膜压力减小,粗糙接触压力增加,摩擦损失总功增大;相较横向纹理和各向同性,纵向纹理有利于提高最小油膜厚度,降低粗糙接触压力和摩擦损失总功;当粗糙度值不变时,随着内燃机转速和爆发压力的增加,粗糙接触压力增加,粗糙摩擦损失功率增加,导致磨损加剧效率降低。     

表面形貌的微观弹流效应研究

本文在完全数值求解点接触粗糙表面弹流润滑的基础上对表面形貌的微观弹流效应和宏观弹流润滑统计结果进行分析研究,得出表面粗糙度远小于油膜厚度（膜厚比λ〉〉３）时表面形貌就已经对油膜压力存在影响。本文还就表面形貌的粗糙程度和纹理方向弹流润滑的压力和膜厚影响进行了研究,研究结果表明：表面形貌的不同将导致油膜压力的很大波动和不同,深入研究微观弹流效应有助于进一步研究润滑表面接触应力、磨损乃至零件失效的机理。     

轴颈表面粗糙度对橡胶材料干摩擦特性的影响

当船舶艉轴承供水系统出现故障或轴承过载时,金属轴颈与橡胶轴承之间会发生局部接触而处于干摩擦状态下。为研究金属轴颈表面粗糙度对水润滑橡胶轴承干摩擦特性的影响,采用TIME3230表面粗糙度测量仪对金属轴颈表面微凸体进行测量,得到金属轴颈表面微凸体的位置参数分布曲线,并对其进行去噪处理;利用傅立叶变换重新构造去噪后的金属轴颈表面粗糙度分布,并依据理论计算金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦因数。金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦因数计算结果与实际情况吻合,说明建立的轴颈表面粗糙度分布模型合理。分析结果表明:在干摩擦状态下,金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦因数随着表面粗糙度函数波幅的增大呈线性增大趋势,随着粗糙度分布函数的特征波长系数的增大呈非线性增大;润滑流动方向顺着加工纹理方向时,摩擦因数比垂直加工纹理方向和与加工纹理呈45°时的摩擦因数都小。因此,选择合理的轴承表面粗糙度的幅值和波长可以提高金属轴颈-橡胶轴承摩擦副的摩擦润滑性能;沿加工纹理加工、装配金属轴颈-橡胶轴承摩擦副,可降低摩擦因数。     

点磨削纹理特征及对零件摩擦学性能的影响

由于存在点磨削变量角度,点磨削纹理特征不同于常规外圆磨削。采用简化方法对点磨削表面纹理进行表征与分析;分析表面纹理方向对流体动压润滑效果的影响。在流体润滑条件下,对不同点磨削表面纹理方向的零件进行摩擦磨损试验,研究点磨削纹理方向对零件摩擦学性能的影响。结果表明:点磨削表面纹理方向的改变,会影响流体动压油膜的形成以及形成的油膜厚度的大小;在不同载荷作用下,不同纹理方向的零件的摩擦因数也不同,流体动压油膜的形成需要适当的载荷;在一定的工况下,存在使零件摩擦学性能最优的表面纹理方向,在生产中可以通过控制点磨削纹理方向来优化零件的摩擦学性能。     

常用钢磨削纹理方向与其表面摩擦因数的关系

采用平面磨削加工方法在20钢、45钢、40Cr钢表面加工出不同方向纹理(0°,30°,45°),研究了磨削加工纹理方向与其表面粗糙度和摩擦因数的关系.结果表明:相同磨削加工条件下,不同表面纹理方向的材料表面粗糙度由大到小依次为0°,30°,45°;当摩擦方向与表面纹理成一定角度时的摩擦因数要比其与表面纹理垂直时的要小;40Cr钢摩擦因数受表面纹理方向的影响要比45钢、20钢的要小.     

超音速火焰喷涂锡青铜-钢基双金属材料摩擦性能

采用超音速火焰喷涂QWFSn8Zn3粉末制备钢背双金属材料。研究不同润滑介质、不同表面粗糙度和不同摩擦载荷对超音速喷涂锡青铜-钢基涂层摩擦性能的影响。分析锡青铜涂层的磨损形貌和磨损机制。研究结果表明:抗磨液压油润滑条件下,涂层有最小的摩擦因数0.093,30#润滑油、液体石蜡和固体MoS2润滑下涂层摩擦因数分别为0.099、0.107和0.099;随表面粗糙度减小,喷涂锡青铜-钢基涂层摩擦因数逐渐减小;随着摩擦载荷的增加,喷涂层摩擦因数逐渐减小;不同润滑介质条件下,涂层存在磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损共同作用的磨损机制。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工表面功率谱分析和摩擦磨损特性研究

对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工微观形貌进行功率谱分析和摩擦磨损特性研究。利用平面磨床M7120对精磨后45#钢工件材料进行喷射精密光整加工;用TALYSURF5轮廓仪测量加工后的微观几何参数值;用扫描电镜观察表面微观形貌变化;用功率谱密度函数评价磨削加工和光整加工表面的微观形貌特征;利用MG-2000型销-盘式高速高温摩擦磨损试验机研究表面形貌对摩擦磨损的影响。结果表明,磨粒喷射精密光整加工均化和改善了工件表面的波纹度,降低了工件表面粗糙度值,提高了工件表面的形状精度;光整加工表面摩擦因数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,表面质量明显改善,从而提高了零件的使用寿命和精度保持性,摩擦磨损实验结果和功率谱密度分析相吻合。     

表面粗糙度对橡塑O形圈往复密封性能的影响

建立三维确定性混合润滑数值仿真模型,该模型采用统一Reynolds方程系统法,耦合了固体力学分析、流体力学分析和接触力学分析;生成非高斯粗糙表面,基于混合润滑模型研究表面粗糙度、自相关长度比值和纹理方向对橡塑O形圈往复密封摩擦力、泄漏率、平均膜厚和接触面积比等密封性能的影响规律。研究表明：低速时随着表面粗糙度的增大,润滑区接触面积比增大,引起摩擦因数增大,平均膜厚先增大后减小,临界接触面积比约为40%;在混合润滑状态时,对于横向纹理粗糙表面,存在合适的自相关长度比值使得密封的摩擦因数和接触面积比最低;当纹理方向θ=π/10时,摩擦因数最小。     

表面粗糙度对配流副润滑特性的影响

为研究表面粗糙度对轴向液压柱塞泵马达配流副润滑特性的影响,引入Weierstrass-Mandelbort分形函数,对不同幅值的表面粗糙度的表面形貌进行二维和三维模拟,建立考虑表面粗糙度的流固热耦合下的配流副油膜润滑模型,采用中差分形式的有限差分法和松弛迭代法对其进行数值求解,并分析油膜厚度、油膜压力、油膜承载力、摩擦因数等性能参数随着表面粗糙度幅值变化的规律。通过盘-盘形式的配流盘-缸体摩擦磨损试验,得到不同幅值的表面粗糙度下配流副摩擦因数,对所建立的数学模型进行验证。数值计算结果表明,表面粗糙度幅值的增大会引起油膜承载力增大,但也会引起最大油膜压力和摩擦因数的增大,导致摩擦性能下降。摩擦磨损试验发现,表面粗糙度增大,配流盘表面摩擦磨损情况加剧,配流副润滑性能和耐磨性能整体降低。因此在配流盘表面加工处理中,应适当降低其表面粗糙度。     

三维表面形貌的逾渗特性表征

为了建立表面形貌微观结构与其功能特性之间的关系,基于逾渗理论建立了表面形貌的逾渗模型,用逾渗概率、空体集团平均大小和空体集团分布系数对三维表面形貌的逾渗特性进行了量化表征。采用数字滤波技术生成具有给定自相关函数和纹理取向的数字化粗糙表面,分析了具有相同均方根粗糙度而结构不同的三维表面形貌的逾渗特性,给出了表面纹理方向参数和自相关长度对表面逾渗特性的影响,并借助部分三维形貌参数(ISO25178)建立了表面形貌与逾渗特性参数间的量化关系。结果表明:对于各向异性表面,沿横向搜索跨越空体集团,表面逾渗发生时的表面高度、逾渗阈值和逾渗体积均随着表面纹理方向参数的增大呈减小趋势,而空体集团分布系数呈增大趋势;沿纵向搜索时,其变化规律与横向相反。对于各向同性表面,逾渗发生时的表面高度和逾渗阈值随着表面自相关长度的增大呈先减小后小幅增大趋势,而逾渗体积和空体集团平均大小呈逐渐减小趋势。研究结果为面向功能的表面形貌设计提供了理论基础。     

偶件表面粗糙度对PTFE密封材料摩擦磨损性能的影响

在干摩擦和油润滑条件下,采用MRH-3型高速环块摩擦磨损试验机研究不同粗糙度的45#钢环对PTFE摩擦副摩擦磨损性能的影响,借助白光干涉仪和SEM分析不同试环粗糙度下PTFE磨损后的表面形貌,结合油缸和密封件的工况分析油缸内壁粗糙度对密封材料磨损的原因和机制。结果表明:45#钢环表面粗糙度存在一个最佳的范围,在此范围内摩擦因数均较小;在干摩擦条件下,钢环表面粗糙度过高或过低时,PTFE磨损率均比较大,在油润滑条件下,PTFE磨损率一般随钢环表面粗糙度的增大而升高;粗糙度较大时,PTFE的损伤以犁沟损伤为主。     

自补偿摩擦表面微观形貌分析

进行了钢－铜摩擦副的原始表面、常规润滑油和自补偿滑油润滑下的表面微观形貌测试和分析;对自补偿润滑下和常规润滑下钢、铜表面的粗糙度和表面轮廓特征参数进行了比较;研究了载荷、摩擦行程对自补偿润滑下钢、铜表面微观形貌的影响;得出了钢－铜摩擦副的磨损在一定范围内与载荷无关、其磨损不随摩擦行程线性增加、自补偿添加剂ＳＷ４更适应于重载工况和经过大的摩擦行程后仍起作用等结论。     

磨削的结构化鱼鳞表面的摩擦特性研究

为了获得磨削后结构化鱼鳞表面的摩擦特性，首先设计拓扑结构化鱼鳞表面，然后对表面建立流体动压润滑模型，并利用流体仿真软件进行分析，研究对比磨削加工后不同粗糙度的单元鱼鳞凹坑的油膜承载力以及摩擦系数，并且整体分析结构化鱼鳞表面的压力和摩擦系数随油膜厚度变化的规律。研究表明：在给定的结构化表面参数范围内，磨削粗糙度越低的结构化鱼鳞表面单元的润滑效果越好；整体来看，结构化鱼鳞表面的润滑效果具有显著的累积效应；选择合适参数的结构化鱼鳞表面可以提高油膜承载力和降低摩擦系数，从而起到改善摩擦副润滑效果的作用。     

旋耕机湿地弯刀的摩擦磨损性能试验研究

利用HSR-2M高速式往复摩擦磨损试验机,研究湿态条件下,湿地弯刀表面粗糙度、往复速度和法向载荷等对旋耕机湿地弯刀摩擦因数和磨损量的影响,并通过磨痕形貌分析其磨损机制。试验结果表明:摩擦因数和磨损量随着旋耕机湿地弯刀表面粗糙度的增大而增大;磨损量随法向载荷的增大而增大,而随往复速度的增大先减小后增大;摩擦表面温度随着法向载荷和相对运动速度的增大而增大;湿态条件下湿地弯刀的磨损机制以磨粒磨损为主,局部有点蚀现象出现。     

表面微观几何形貌对液膜形成及其影响的研究

针对磨削加工和电化学光整加工后的表面微观几何形貌对液膜厚度影响的实验结果,结合表面微观几何形貌的构型分析,基于流体润滑理论,采用有限差分法进行了数值分析。分析结果表明:表面微造型使表面几何形态呈凹凸不平状,有助于动压效应的形成;在同样的条件下,与磨削加工相比,电化学光整加工后表面微观几何结构可产生更强的动压效应,有利于润滑;使微观几何结构在摩擦副表面分布,可使液膜压力分布不均,使摩擦副表面的膜压具有波动性,形成泵送效应。     

粗糙度纹理方向对聚合物密封元件使用性能的影响研究

考察了尼龙PA1010与平行纹理、螺旋线纹理及多方向纹理等3种不同粗糙度纹理方向的钢盘组成摩擦副时,粗糙度纹理方向对摩擦学性能的影响.结果表明:钢盘表面呈螺旋线纹理时摩擦因数最大,磨损量最高;3种摩擦副中尼龙环的磨损表面均表现出磨料磨损特征;与螺旋线纹理钢盘对摩后尼龙环表面粗糙度变大,而与平行纹理及多方向纹理钢盘对摩后其表面粗糙度均减小.平行纹理钢盘对摩表面因粘附尼龙转移膜而引起粗糙度发生改变.     

表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过环-块式摩擦磨损试验研究了表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响,并分析了磨损形貌及机制。结果表明:其摩擦因数与电弧行为密切相关,无电弧时摩擦因数曲线平滑;对磨环的表面粗糙度越大越容易产生电弧,电弧的烧蚀导致块试样的磨损加剧;不同表面粗糙度下均存在临界起弧法向压力,且随着表面粗糙度的增大而增大;载流摩擦副的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损、电弧烧蚀及材料转移。