考虑粗糙度的水润滑复合微织构推力轴承性能分析

目的 改善摩擦副润滑性能,研究考虑表面粗糙度时复合微织构参数对推力轴承性能的影响,同时通过实验进一步说明复合微织构的减摩作用机理。方法 建立表面粗糙度模型、复合微织构的水膜厚度方程和推力轴承的广义雷诺方程,研究不同复合微织构形状和排列方式推力轴承的性能。通过摩擦磨损实验验证复合微织构形状对轴承润滑性能的影响。结果 复合微织构有效改善了摩擦副的摩擦学性能,在15种复合微织构和2种单一织构中,复合微织构的承载性能均优于单一鱼形和圆形织构,圆形复合鱼形微织构具有较好的润滑性能;当不同微织构沿周向排列时获得了较好的润滑参数,相较于径向排列,其承载力提升了45.45%;考虑表面粗糙度时,轴承的润滑性能得到提高,当尺度系数为0.002 2、分维系数为2.6时,轴承获得了较好的润滑性能,相较于未考虑粗糙度时其承载力得到提高。结论 实验得出与理论相同的结论,圆形复合鱼形微织构具有较好的承载力和减摩性能,合适的复合微织构参数可以有效提高水润滑推力轴承的润滑性能,降低摩擦因数。     

微织构排布方式对水润滑轴承启停过程摩擦学性能的影响

梯度排布微织构在提升水润滑轴承摩擦学性能方面具有显著效果,然而梯度排布微织构在水润滑轴承中的应用仍缺乏系统性研究。为了探究梯度排布微织构对水润滑轴承启停过程摩擦学性能的影响,基于 Greenwood-Tripp 微凸体接触模型、 Archard 磨损模型求解轴瓦表面的磨损量。通过 CFT-I 材料表面性能综合测试仪对 CNC 雕刻机加工的织构化表面进行水润滑条件下的摩擦学试验研究。针对光滑、单一圆形织构、圆形与三角形以轴向交错平行（¹₁2 ）和周向交错平行分布（1212）方式梯度排布的表面,测量各个表面的磨损量和摩擦因数。通过立体显微镜、扫描电子显微镜对摩擦磨损试验前后的表面形貌和摩擦因数进行分析。数值模拟和试验结果显示,与光滑表面和单一织构化表面相比,梯度排布微织构化表面磨损量和摩擦因数显著降低;圆形与三角形以¹₁2 方式的梯度排布微织构化表面摩擦学性能最佳,接触表面磨损量最小、表面摩擦因数最低。 梯度排布微织构在流体润滑过程中相互影响,可以起到提高轴承表面举升力,减少表面接触,降低表面磨损和摩擦因数的作用。研究不同形状、排布方式下梯度排布微织构化表面的磨损量和摩擦因数的变化规律,可为舰船装备水润滑轴承研制阶段主动设计提供理论基础。     

齿面微织构面积率及形状对其摩擦性能的基础研究

为研究齿面微织构面积率和形状对齿轮副摩擦学性能的影响,采用激光打标机在经热处理后的45钢试件表面加工出不同形状和面积率的织构,利用往复式摩擦磨损试验机分析织构面积率和形状对摩擦因数的影响规律,并与Fluent仿真结果进行对比。仿真结果表明：随着织构面积率的增大,摩擦因数逐渐减小,油膜承载力和油膜刚度逐渐增大,长方形织构具有更佳的减摩性能。试验结果与仿真结果基本一致,与无织构表面相比,长方形织构面积率为17%时平均摩擦因数降低了18.06%,正方形和圆形织构面积率为4.7%时,不仅没有减摩,反而将摩擦因数分别增大了4.17%和1.39%。织构化表面可提高油膜承载力和刚度,使油膜不易破裂,减小了摩擦副之间的接触,降低了摩擦因数。获得了微织构形状和面积率对齿轮副摩擦性能的影响规律,为改善齿轮系统的寿命提供试验支持。     

滑动轴承表面椭圆偏置类抛物线微织构研究

目的 充分发掘微织构对于提高滑动轴承的承载性能和抗摩擦磨损性能的潜力。方法 选取某系列汽车发动机活塞连杆组件中的滑动轴承为原型,采用CFD方法对该轴承的承载性能和摩擦性能进行分析。综合运用正交试验和灰色关联分析理论,通过有限元仿真分析方法研究椭圆开口偏置类抛物线微织构结构参数对织构轴承承载力和摩擦因数的影响规律,对其进行多目标优化设计。在此基础上,基于响应面优化设计理论,运用有限元仿真分析方法研究微织构分布参数对织构轴承承载力和摩擦因数的影响规律,建立相应的数学模型并对其进行多目标优化设计。将具有最优参数微织构的滑动轴承的承载性能和摩擦因数与原型轴承进行对比。结果 微织构的最优参数为椭圆长、短半轴长分别为200 μm和110 μm,深度和对称轴的偏移量分别为60 μm和30 μm,起始角和包角分别为4.65°和116.75°,间距为2.79 mm。在滑动轴承表面加工椭圆偏置类抛物线微织构后,其承载力相较于原型滑动轴承增加了21.05%,摩擦因数降低了27.93%。结论 在滑动轴承表面加工出具有最优参数的椭圆偏置类抛物线微织构可以极大地提高滑动轴承的承载性能和摩擦性能。     

表面微织构椭圆轴承的热效应分析

目的 提高摩擦副润滑性能,从而研究表面微织构不同参数对椭圆轴承热效应的影响,同时采用试验方法进一步说明微织构的减摩作用机理。方法 建立表面微织构椭圆轴承仿真模型、编写UDF程序定义黏度,同时采用面–面接触形式的摩擦磨损试验,从理论和试验两个方面研究不同微沟槽宽度和微沟槽轴向分布率的椭圆轴承的热效应变化规律。结果 表面微织构能够有效改善摩擦副表面的摩擦学性能,沟槽状微织构椭圆轴承较光滑椭圆轴承温度均有所降低,主要承载区出现轴向呈条状的低温区域,出现位置大致与沟槽分布位置一致。随着微沟槽轴向分布率的增大,微沟槽降温效果增强,轴承承载力先升高后降低,摩擦力先降低后升高,端泄量先减小后增大,沟槽轴向分布率取0.6较为合适。随着微沟槽宽度的增大,轴承承载力呈先升高后降低的变化趋势,摩擦力呈先降低后升高的变化趋势,当宽度在0.6～0.8 mm时,椭圆轴承有较优的润滑性能。结论 理论分析和试验研究均表明,表面微织构椭圆轴承的摩擦力随着微沟槽宽度的增大先降低后升高,合适的微织构参数才能最大程度地发挥其减摩作用,从而实现提升轴承润滑性能,降低轴承温升的目的。     

CKS活塞环表面微织构几何形貌及排布方式对摩擦学性能的影响

以CKS(铬基陶瓷复合镀)活塞环-硼磷合金铸铁气缸套摩擦副为对象,采用Nd-YAG激光器在CKS活塞环上进行微织构化处理,在对置往复式摩擦磨损试验机上进行摩擦学试验,研究激光微织构几何形貌及排布方式对摩擦副减摩耐磨的作用。采用激光共聚焦扫描显微镜利用台阶法测量磨损量,采用扫描电子显微镜观察样品表面磨损形貌。发现当织构深度30μm、直径130μm、排布角度0°、面积占有率5%时,摩擦副获得最佳的摩擦磨损性能,摩擦因数最低可达0.086,与未织构化的摩擦配副相比,摩擦因数降低约0.013,降低约13%;活塞环磨损率下降约41%,气缸套磨损率下降约46%。活塞环表面微织构可改善摩擦磨损性能的作用机制为,微织构具有储存润滑油、收集磨屑以及减小摩擦副接触面积的作用。     

T形沟槽表面织构对金属-橡胶密封副摩擦性能的影响

为研究T形沟槽形非光滑表面的形貌参数对摩擦性能的影响,验证自组装凹坑形非光滑表面的耐磨性能,基于稳态二维不可压缩Reynolds方程,建立T形沟槽表面织构化理论模型;利用有限差分法和高斯-赛德尔迭代法求解金属表面的油膜压力分布和剪切应力,进而获得油膜承载力和摩擦因数;对T形槽织构的宽度系数比α、深度系数比β对金属-橡胶摩擦副油膜承载能力和摩擦因数的影响规律进行数值分析。结果表明：T形沟槽织构的存在使得油膜内部的压力增大,并且随T形沟槽宽度系数比增加,织构动润滑性能先增大后减小再增加,宽度系数比在40%时达到最佳,且宽度系数比越大,织构的动压效应越差,宽度系数比无限接近1时,沟槽突变为矩形沟槽,使动压效应增加;随着T形沟槽深度系数比增加,织构动润滑性能先增加后减小,宽度系数比在40%～60%内最佳;在流体动压润滑范围内,适当控制T形沟槽的宽度比和深度比,使沟槽底部尽可能平整,保证织构上下两部分良好的协同作用和动压区域,便能获得润滑减摩性能最好的T形沟槽表面织构。     

微织构自润滑表面在油介质中的摩擦学性能

为探究不同表面处理方式对试样表面摩擦学性能的影响,分别对GCr15试样表面进行激光微织构加工,光滑表面涂抹润滑油,微织构表面填充固体润滑剂,微织构表面涂抹润滑油,微织构表面填充固体润滑剂并涂抹润滑油等不同表面处理方式,在MMW-1A摩擦磨损机上进行摩擦磨损试验。同时改变试验的载荷及转速,探究在不同转速和载荷工况下,不同表面处理方式对试样摩擦因数的影响。结果表明,在干摩擦条件下,试样表面采用微织构处理并填涂固体润滑剂可使摩擦因数较光滑表面降低47.6%;在油介质中,采用微织构处理可使摩擦因数较光滑表面降低4.8%,采用微织构处理并填充固体润滑剂可使摩擦因数较光滑表面降低17.7%。且在油介质中,采用织构化处理和固体润滑结合的表面处理方法,试样摩擦因数随载荷增大而减少且逐渐趋于稳定,但随转速增大而增大。     

表面微织构协同热扩渗技术改善材料表面摩擦学性能的研究进展

表面微织构因其能够有效改善摩擦副之间的摩擦学性能而获得国内外学者的广泛关注。通过将表面微织构与热扩渗技术相结合,可以充分发挥2种技术的优点,进一步提高摩擦副之间的摩擦学性能,为更复杂环境下的应用提供可能。首先概述了表面微织构的常用加工方法及其所加工的织构类型,系统地归纳总结了表面织构在不同润滑工况下的减摩机理。其次,从不同的表面热扩渗技术入手,分别综述了盐浴渗氮技术、等离子渗镀技术、热氧化技术和化学气相沉积与表面织构的协同作用研究现状,根据摩擦因数、磨损量和表面硬度等性能参数,分析总结了不同复合技术的可行性以及对基体摩擦学性能的影响。相对于单一表面处理技术,复合技术能够进一步提高材料的表面硬度,延长织构的使用寿命。一般来说,复合处理表面的耐磨性显著优于单一技术处理的表面和未处理表面,但摩擦因数受工况的影响较大。最后,对该复合技术的研究发展做出总结,提出不同织构参数和热扩渗参数对基体摩擦磨损性能的影响有待进一步探究,开展极端工况下复合技术的应用基础研究,推动复合技术在摩擦领域的发展。     

表面微织构对45#钢摩擦副表面摩擦学性能影响的实验研究

目的 通过在摩擦副表面进行激光微织构加工,研究不同分布形式的微织构对摩擦副的减摩作用效果,为微织构摩擦副在实际工程应用中的设计与选用提供参考。方法 选取45#钢作为摩擦材料制备环环接触的摩擦副,通过激光微雕刻在试件表面加工一定尺寸的微织构,在油润滑条件下,利用万能摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验,并通过超景深三维显微镜观察磨损表面,研究不同微织构在油润滑方式下对摩擦副的减摩作用机理及具体影响规律。结果 带有合理分布形式微织构的摩擦副接触表面能产生明显的动压润滑效应,其中径向沟槽微织构和凹坑状微织构在稳定磨损阶段的摩擦系数明显小于光滑表面,分别能减小摩擦系数16%和11%,局部网状微织构的摩擦系数与光滑表面没有明显差异,周向沟槽微织构的摩擦系数大于光滑表面。带有径向沟槽和凹坑微织构的摩擦副相比于光滑表面,温升有所降低,而周向沟槽和局部网状微织构随着摩擦表面磨损的加剧,温升更加明显,下试件分布有微织构的摩擦副接触表面摩擦系数要明显小于上试件分布有微织构的摩擦副。磨损局部放大图中,凹坑状微织构表面产生的磨粒剥落痕迹要明显浅于光滑试件表面,说明微织构能有效存储磨损磨粒,减少二次磨损对摩擦表面的破坏。结论 表面微织构能有效改善摩擦副的润滑性能,合理选择微织构分布形式和分布位置,才能最大限度地发挥微织构的减摩效果。     

局部凹坑织构化径向滑动轴承流体动力润滑数值分析

目的 探究局部凹坑织构化表面对径向滑动轴承流体动力润滑的影响.方法 基于雷诺边界条件和Reynolds方程,建立凹坑织构化径向滑动轴承表面流体动力润滑理论模型,采用Gauss-Seidel松弛迭代方法数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析其润滑油膜承载机制,探讨凹坑几何参数和分布规律对油膜承载力的影响规律.结果 理论模型的数值解与经典理论的数值解误差较小,能有效分析轴承的流体动压润滑特性.当偏心率较大时,摩擦力的上升幅度也变大,在轴承承载区进行凹坑织构化处理能明显减小摩擦力,并且随着凹坑深度的增大,摩擦力减小,可见凹坑起润滑减摩的作用.油膜承载力随着偏心率的增大而增大,通过凹坑织构的"楔形效应"能够改善非承载区的油膜压力,存在最佳凹坑深度使得轴承达到流体动力润滑最佳状态.摩擦力随着面积率的增大而增大,特别是在偏心率较大时,润滑减摩效果较为明显,面积率对油膜承载力影响不大.将织构布置在径向滑动轴承的不同区域,其中当织构完全在下半瓦(压降区)时,织构能明显增大油膜厚度,产生油膜压力,有效降低摩擦力,提升承载力.结论 凹坑织构能明显改善径向滑动轴承流体动力润滑性能,合理设计轴承的偏心率,合适的织构参数与分布位置,能使流体动力润滑效果最佳.     

具有复合型织构的水润滑轴承的摩擦学性能研究

目的 提升水润滑轴承的摩擦学性能.方法 采用流固耦合的方法,对具有该复合型织构的水润滑轴承进行研究,将拥有仿生硅藻的多孔结构(矩形-半球型复合型织构)应用在轴承的高压区位置.分析具有矩形-半球型的复合织构的水润滑轴承在不同载荷、织构宽度以及间距的作用下,其摩擦学特性的变化.结果 通过与光滑轴承和单层织构轴承进行对比可知,随着载荷的增大,矩形-半球型复合型织构轴承的承载力随之增加,摩擦系数随之减小,并且有最大的轴承承载力和最小的摩擦系数.随着第一层及第二层织构宽度的增加,复合型织构轴承的承载力虽有复杂波动,但总体呈现上升趋势,摩擦系数呈现下降趋势.在间距较小时,复合型织构轴承的摩擦学性能更优,在间距一定的情况下,存在最优的织构个数,使得轴承的摩擦系数最小.结论 具有矩形-半球型复合织构的水润滑轴承适合在重载条件下工作,织构尺寸较大时,能产生较好的摩擦学性能;在间距较小时,复合型织构的摩擦学性能较为优异,且存在最优的织构个数.     

正弦微沟槽织构对柱塞密封副摩擦学性能的影响

目的 研究不同工况下正弦沟槽织构对柱塞密封副摩擦性能的影响,以降低压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损.方法 基于压裂泵柱塞密封副几何模型和流体润滑理论,建立了正弦微沟槽织构化柱塞-橡胶密封副动压润滑数值理论模型,通过仿真模拟研究了不同柱塞密封压力、运动速度对正弦织构减磨性能的影响.结果 不同密封压力下,从40 MPa增至140...     

高副接触下沟槽形织构对40Cr表面摩擦性能的影响

目前，面面低副接触情况下织构的减摩降磨性能已经得到广泛的研究，然而针对点面高副接触下的织构对表面摩擦学性能影响的研究仍然较少。主要利用有限元仿真技术建立点面接触下仿生沟槽织构表面流体动压润滑仿真模型，通过ANSYS的Fluent模块进行求解，获取试样表面的润滑油膜承载力与织构几何参数的变化关系。用激光在40Cr试样上加工出仿生沟槽形织构，并采用销盘摩擦副，开展点面高副接触下的织构减摩性能实验研究，综合分析织构几何参数对表面摩擦性能的影响规律。结果表明：试验与仿真具有较高的一致性，随着沟槽织构宽度W和织构深度H的增加，摩擦因数呈先减小后增加的趋势；沟槽织构对改善工件表面摩擦性能具有重要影响，微织构的存在有助于实现流体动压润滑，提高表面承载力，降低摩擦因数，从而改善工件的摩擦性能。     

油润滑下不同槽宽网状织构表面润滑特性研究

为了提高油膜承载力、改善润滑效果、优化织构化表面的摩擦学性能，研究不同黏度润滑油下网状织构的润滑性能。设计4种不同凹槽宽度的网状织构，通过测量接触角、油膜承载力以及摩擦因数，得到不同转速、不同黏度润滑油下4种网状织构的油膜承载力以及摩擦因数的变化规律。实验结果表明：在4种织构中，凹槽宽度为0.4 mm的网状织构润滑性能最好，在设定的实验条件下，最大油膜承载力为0.52 N,最小摩擦因数为0.019。此外，接触角测量实验表明凹槽宽度为0.4 mm的网状织构表面疏水性能更好，有比较好的成膜能力，使得织构表面动压承载力有比较大提升，摩擦因数也更小。比较不同黏度润滑油和不同转速下网状织构润滑性能，黏度越大的润滑油，油膜承载力越大，润滑效果更佳。同时，油膜承载力随着转速的增大而增大，在润滑油黏度较高时这种影响更为显著。     

局部织构无限长可倾瓦推力轴承流体动压润滑分析

目的 研究局部凹坑织构对无限长可倾瓦推力轴承的流体动压润滑性能的影响.方法 基于质量守恒空化边界条件的雷诺方程,建立了局部凹坑织构无限长可倾瓦推力轴承动压润滑二维理论模型.采用多重网格法求解雷诺方程,模拟局部凹坑织构无限长可倾瓦推力轴承的流体动压分布,分析局部织构比、位置比、深度、水平间距及数量对流体动压润滑性能的影响...     

圆凹坑织构对线接触摩擦副摩擦学性能的影响

根据摩擦试验中圆盘试样的旋转方向,用YLP-20型激光加工系统在圆柱销试样回转面不同区域(前端、后端、中间)加工规则分布的表面织构,利用UMT-3摩擦磨损仪进行单向旋转摩擦试验,研究表面织构分布区域对摩擦副摩擦学行为的影响。结果表明:在载荷10N、滑动速度0.003~0.628m/s时,不同分布区域的织构对摩擦副的摩擦学行为影响不同,相比无织构试样,分布于试样回转面中间部分的织构对摩擦副起到了减摩作用。这是由于中间织构通过形成局部流体动压润滑作用提高了摩擦副的承载能力,降低了接触表面的摩擦因数,同时通过储存磨屑,减少了表面磨损。前后端织构产生的流体动压润滑效应很小,磨损严重,导致其摩擦因数高于中间织构和无织构试样的摩擦因数。