船用齿轮基于三维线接触混合润滑模型摩擦以及闪温预测

船舶传动齿轮由于啮合过程中齿面摩擦大、温度高,经常发生磨损和胶合故障。本文基于线接触的三维混合润滑模型,建立了一种预测船用定时齿轮在一个啮合周期内的瞬态摩擦温度特性的数值解法,并与Blok理论进行了对比,验证了该方法的正确性。研究了表面粗糙度对润滑特性的影响,对几种典型齿轮副进行研究,结果表明,由于较严重的表面粗糙接触,齿轮副4-6的摩擦因数最大,界面温度最高,而抛光齿轮表面的摩擦因数最小,界面温度最低。此外,讨论了工况和结构对摩擦温度状态的影响,研究表明在重载、低速的工况会导致摩擦因数较大以及温度较高的问题。同时,通过对齿轮模数和压力角等结构设计参数的优化,可以显著提高齿轮的界面摩擦和温度性能。     

塑性加工过程摩擦因数分析

考虑润滑剂的热力学参数及表面实际接触情况，理论推导了塑性加工过程摩擦因数的计算公式，该公式能对Ｓｔｒｉｃｂｅｃｋ曲线进行定量描述，并实验分析了速度、粘度，载荷，油膜强度等因素对塑性加工过程摩擦因数的影响规律。     

动力密封接触表面粗糙效应的有限元分析：—动态接触有限元模拟

利用大型有限元软件MARC／MENTAT320研究了动态接触条件下,表面粗糙效应对动力密封摩擦副接触性态的影响,揭示了接触条件下若干表面粗糙形貌参数对密封系统工作性能的影响,以及这种影响在静态及动态接触条件下的不同。     

泵用机械密封端面摩擦因数试验研究

泵用机械密封在运行过程中最常见的现象是端面间的摩擦,端面的摩擦因数是表征摩擦特性的关键参数.从微观角度探讨了机械密封端面摩擦因数与摩擦状态的关系.在自行研制的机械密封计算机辅助试验装置上对泵用GY70型机械密封的端面摩擦因数进行了试验研究.结果表明,随着弹簧比压的增大,摩擦因数增大;当弹簧比压较小时,随着转速的增大,摩擦因数以较快的速度增大,当弹簧比压达到0.0866MPa后,转速对摩擦因数几乎无影响;当转速及弹簧比压都较小时,介质压力对摩擦因数的影响很小,当转速较大或弹簧比压较大时,随着介质压力的增大,摩擦因数减小.     

表面形貌对流体动压润滑和摩擦的影响

为探求表面形貌参数与粗糙接触界面流体动压润滑和摩擦性能之间的关系,应用有限差分法求解雷诺方程,结合膜厚方程和剪切力(摩擦力)方程,获得了随机粗糙表面接触压力和摩擦力的三维分布状态.通过对三维粗糙随机接触表面进行计算机模拟仿真,理论模型和计算方法得到了验证.随机粗糙接触载荷和摩擦力均随ISO 25178表面形貌参数国际标准中表面高度均方根偏差、表面高度分布偏态和表面展开面积比的增加而非线性增加,随自相关最快衰减率的增加而显著减小,揭示了表面形貌中"峰"和"谷"的特征对接触界面承载能力和摩擦力的影响.研究结果为进一步表面形貌的功能性表征研究提供了理论基础.     

基于当地摩擦因数的绝热气动管道流量特性参数计算

在等截面直管绝热有壁面摩擦一维可压缩管道流动模型的基础上,推导以管道进口截面速度因数为自变量的气动管道流量特性参数函数S/A（管道有效截面积与横截面积之比）和临界压力比b的基本表达式。采用基于当地摩擦因数求解管道平均摩擦因数的新方法,直接计算出总压为0.6MPa、总温为300K、长度为1～50m、内径为2.5～9mm尼龙管的流量特性参数S和b,并与经验值进行了比较。S和b的理论计算值与经验曲线变化趋势相同,且计算值与经验值相吻合,表明新方法可以在相当程度上反映气动管道流量特性参数变化的物理本质。将新方法得到的有效截面积S的理论计算值下跌20%、临界压力比b的理论计算值上浮40%,即可作为同等条件下选用气动系统尼龙管的经验推荐值使用。     

软硬相间层状仿生材料摩擦因数影响因素

以粘着摩擦理论为基础,结合软硬相间层状结构特点,确立了软硬相间层状仿生材料摩擦过程数学模型。利用数值分析软件Abaqus建立了软硬相间层状仿生材料摩擦过程有限元模型,研究了软、硬材料组分的材料属性,软、硬材料组分的体积分数,软、硬材料组分各自摩擦因数对软硬相间层状仿生材料摩擦因数的影响规律。采用ProJet 5500X 3D打印机制备了软硬相间层状仿生材料并进行了摩擦试验,验证了理论及模拟结果。     

各向异性粗糙表面的接触性能研究

本文通过对Onions-Archard的理论接触模型进行扩展,研究了由指数衰减可分自相关函数和高斯高度分布函数模拟的各向异性粗糙弹性表面和光滑表面接触时的接触性能,将粗糙表面润滑效应研究中常用的表面模拟方法和粗糙表面接触性能研究的理论模型联系了起来。在单个微凸体接触参数计算中,引进了适当的近似公式,简化了不同椭圆比时的接触参数计算,计算结果表明,当椭圆比1/γ>1时,各向异性粗糙表面的接触载荷,接触面积和平均接触压力均小于各向同性粗糙表面的值。     

线接触部分弹性流体动力润滑的研究

本文获得了中轻载及重载工况下粗糙表面间的等温部分弹流线接触问题的完全数值解,求得了在有表面粗糙影响的条件下,线接触润滑的流体动压力和粗糙度接触压力、油膜厚度以及接触载荷,并且研究了粗糙度及其纹理方向对线接触弹流润滑中的接触载荷、中心膜厚、最小膜厚以及二次压力峰的大小和位置的影响,同时也研究了部分弹流润滑条件下,各种工况参数变化对润滑性态的影响。     

表面粗糙度幅值对点接触混合润滑的影响

建立了粗糙表面点接触混合润滑的数学模型。针对外加载荷为800N和80N,润滑油卷吸速度由静止增加到5000mm/s的工况,引入油膜厚度比、接触区域比、接触载荷比和最大压力比等混合润滑参数,分析了3种不同表面粗糙度幅值对混合润滑性能的影响。分析结果表明:接触表面的粗糙度幅值对混合润滑区域内平均油膜厚度、最大压力等均有显著影响。     

粗糙表面接触的弹性、弹塑性、塑性分形模型

在M－B模型的基础上考虑了材料的弹塑性变形过程和接触界面磨擦的作用建立了粗糙表面接触的弹性、弹塑性、塑性分形模型。分析表明,M－B模型适用于理想的弹性－塑性材料;磨擦副接触界面间的磨擦力对接触状态有较大的影响。磨擦力的作用使临界弹性接触面积增大,从而增大了弹塑性和塑性菜的可能性以及实际接触面积中弹塑性和塑性接触面积的比例;材料的应变硬化程度对接触状态有一定的影响,硬化程度越高,接触状态越趋于弹性接触,硬化指数越大,硬化程度越弱,实际接触面积中弹塑性和塑性接触面积的比例越大。     

混合润滑时各向异性粗糙表面微凸体载荷分配的研究

本文对现有的有关载荷分配的研究结果进行了分析。在用可分自相关函数和高斯高度分布函数对所研究的粗糙表面进行模拟后,采用简化方法考虑各向异性程度对表面接触性能的影响,并用Patir和Cheng的平均流量法计算流体膜的承载能力。通过对滑动轴承在不同分离程度时的总承载能力和微凸体载荷分配的分析,讨论了各向异性程度对微凸体载荷分配的影响,从而分析了它对失效的影响。分析结果表明,横向微凸体具有较大的流体动力承载能力的结论,只有在最小间隙较大时才能成立,但纵向微凸体总是使得流体膜承载能力下降;在相同的最小间隙情况下,不同表面形貌的摩擦副的微凸体载荷分配是各不相同的,这说明不同表面形貌的摩擦副在失效时所达到的最小间隙值是不同的;横向微凸体表面具有较好的抗失效能力。     

塑性变形时接触摩擦系数的确定

应用能量法推导了圆环镦粗时的速度场、应变速率场及总功率,给出了中性层半径的理论解析式,绘制出理论校正曲线。其结果有一定的正确性,可在实际中应用。     

不平整路面上的车辆等效动载系数

采用双自由度4参数的四分之一车辆振动模型，以路面不平整度为激励，运用随机振动理论分析了不平整路面上的车辆随机动载，得到了车辆动载、车辆动载峰值及其系数的概率分布.基于车辆动载峰值的概率分布以及Palmgren-Miner线性累积疲劳损伤理论，推导了车辆对不平整混凝土路面的等效动载峰值及其系数的表达式，建立了车辆随机动载与确定性动载之间的关系，进而根据车辆随机振动确定车辆动载系数.算例分析表明，在以均值加3倍方差作为车辆可能出现的最大动载的情况下，最大动载系数和等效动载峰值系数随车速及路面不平整度的增大而增大，但在相同条件下，最大动载系数远大于等效动载峰值系数，说明采用最大动载系数进行路面结构设计是偏于保守的.     

干平整中工作辊与带钢表面粗糙度对摩擦系数影响的研究

针对干平整轧制过程中工作辊与带钢表面粗糙度对摩擦系数的影响仅能定性分析、不能满足生产需要的问题,经过大量的现场试验与理论研究,充分结合平整机组的设备与工艺特点,基于粗糙度的基本理论,根据干平整轧制过程中摩擦特点构造了反映工作辊及带钢表面粗糙度与摩擦系数之间一一对应关系的数学模型,提出了相应的模型计算策略,并将其应用到宝钢冷轧薄板厂1 220平整机组的生产实践,定量分析了工作辊及带钢表面粗糙度对摩擦系数的影响,有效地提高了轧制压力的预报精度与产品质量,取得了良好的使用效果,具有进一步推广应用价值。     

Friction properties of OTS SAMs and silicon surface under water lubrication

The friction and wear properties of silicon surface covered with octadecyltrichlorosilane (OTS) self-assembled monolayers (SAMs) were investigated by a UMT-2 microtribometer with and without water as lubricant, and then compared with that of bare silicon surface. Dry friction measurement results show that OTS SAMs have a very low friction coefficient compared to bare silicon surface under lower sliding velocity and normal contact load. However, heavy wear occurs on OTS SAMs under higher contact stress and sliding velocity. Under water lubrication, OTS SAMs can prevent wear obviously and meanwhile present low coefficient of friction even under high velocities. The improved frictional and anti-wear property on OTS SAMs surface is attributed to the hydrophobic property of OTS and hydrodynamic effect of water. Furthermore, a wear critical phase diagram for OTS SAMs with and without water was proposed, which indicates that OTS SAMs working under water lubrication owns a wider range of available load and velocity to reduce friction and prevent wear. Funded by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 50575123, 50275071, 50545035) and National Basic Research Program of China (“973” Program) (No. 2003CB716205)     

铝坯气膜软接触连铸技术的实验研究

通过实验和理论计算研究了气膜软接触连铸技术，发现气膜的连续性，稳定性对铸坯质量有重要影响，气体的背压随气体流量的增大而增大，随拉坯速度的增大而降低，这为进一步改进连铸工艺和结晶器的设计提供了重要的实验依据。     

混合润滑工况下粗糙表面摩擦副的热流体动力分析

本文以金属滑动摩擦副为研究对象,根据统计等效的观点,推导了粗糙表面滑动摩擦副的能量方程和雷诺方程,对粗糙表面金属滑动摩擦副的热流体动力性能进行了分析。研究了粗糙表面的纹理方向和相对滑动速度对混合润滑工况金属滑动摩擦副的摩擦系数、承载能力和温度分布的影响,其中考虑了局部区域的表面膜丧失对摩擦副润滑性能的影响。研究结果表明:粗糙表面纹理方向、粗糙度参数β对摩擦副的润滑性能有较大的影响。局部表面膜的丧失对摩擦系数具有很大影响,在相同的无量纲间隙时,较大的相对滑动速度对应着较大的摩擦系数。实验和理论结果之间具有较好的一致性,说明本文所提供的分析软件和方法是可行的。